JUHANI VIITANEN PYSÄKÖINTIRAKENNUSTEN RAKENTEET 1990-LUVULLA, RIS- KIT JA VAHVISTUSMAHDOLLISUUDET. Diplomityö

Transkriptio

1 JUHANI VIITANEN PYSÄKÖINTIRAKENNUSTEN RAKENTEET 1990-LUVULLA, RIS- KIT JA VAHVISTUSMAHDOLLISUUDET Diplomityö Tarkastaja: professori Ralf Lindberg Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tuotantotalouden ja rakentamisen tiedekuntaneuvoston kokouksessa 14. elokuuta 2013

2

3 i TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Rakennustekniikan koulutusohjelma VIITANEN, JUHANI: Pysäköintirakennusten rakenteet 1990-luvulla, riskit ja vahvistusmahdollisuudet Diplomityö, 136 sivua, 105 liitesivua Helmikuu 2014 Pääaine: Rakennesuunnittelu Tarkastaja: professori Ralf Lindberg Avainsanat: Jännitetty betonirakenne, korjausrakentaminen, pysäköintirakennusten rakenteet ja ympäristörasitukset, pysäköintitason vahvistaminen Suomessa 1990-luvulla rakennetut pysäköintirakennukset ovat lähivuosina todennäköisesti lähestymässä korjausikää. Niiden rakenteet ovat yleensä jännitettyjä betonirakenteita. Tyypillisimpiä runkotyyppejä ovat betonielementtirakenteiset pilari-palkkirungot, joissa tasorakenteena ovat kuori-, ontelo- tai TT-laatat, ja tartunnattomilla jänteillä jälkijännitetyt paikallavaletut palkkikaistaiset pilarilaatat. Tämän diplomityön päätavoitteina oli selvittää tulevia suunnittelutehtäviä varten noin 1990-luvun pysäköintirakennusten tyypillisiä rakenteita, niiden riskejä ja joidenkin vahvistamisperiaatteiden soveltumista pysäköintitasoihin. Laskelmissa käytettiin Suomen rakentamismääräyskokoelmaa. Rakenneselvitys on tehty pääosin kirjallisuustutkimuksena, mutta myös yksittäisten kohteiden rakennepiirustuksia tarkasteltiin. Riskianalyysissa tarkasteltiin laskennallisesti yksittäisten tyypillisten rakenneosien (kuori- ja ontelolaatat, jälkijännitetyt palkkikaistat) varmuustasoja. Tutkitut laatat kestivät tyypilliset suunnittelukuormat jopa 2 7- kertaisena. Tutkittu palkkikaista täytti juuri ja juuri suunnittelukriteerit. Betonirakenteiden pitkäaikaiskestävyyttä arvioitiin vertailemalla vanhoja ja nykyisiä pitkäaikaiskestävyyden suunnitteluohjeita. Vanhat ohjeet olivat lähes yhtä varmoja kuin nykyiset lukuun ottamatta voimakkaimman suolarasituksen huomioimista. Kirjallisuudesta etsittiin lisäksi muita pysäköintirakennusten riskejä, joita ei tutkittu tarkemmin. Vahvistusratkaisujen tutkimisessa rajauduttiin kuori- ja ontelolaattarakenteiden vahvistamiseen. Näitä tukevien rakenteiden kestävyyttä ei tarkistettu. Tarkoituksena oli selvittää yksittäisen rakenne-esimerkin avulla, soveltuuko korjausmenetelmä rakenteeseen. Kustannusasioita ja työtekniikkaa ei tutkittu. Rakenteen ulkopuolisilla jälkijännitetyillä ankkurijänteillä kuori- ja ontelolaatta saatiin kestämään laskennallisesti suunnittelukuormat yli kaksinkertaisesti, vaikka laattojen vanhat jännepunokset oletettiin toimimattomiksi. Hiilikuitunauhojen liimaaminen laattojen alapintaan oli melko huono ratkaisu, vaikka se voi olla toimiva ratkaisu ontelolaatoille yksittäisissä tapauksissa. Jatkotutkimuksena pitäisi tutkia useampien todellisten kohteiden rakenteita ja niiden kuntoa. Rakenteiden varmuuksien ja korjausratkaisujen laskennasta pitäisi tehdä yleispätevämpiä tarkastelemalla useampia rakenteita. Laskelmien todentamiseksi olisi hyvä tehdä myös koekuormituksia. Ulkopuolista jännittämistä pysäköintitasojen vahvistamismenetelmänä kannattaa kehittää edelleen tarkemmalla detaljitason suunnittelulla ja huomioimalla käytännön rakennusprojektin realiteetit.

4

5 ii ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Master s Degree Programme in Civil Engineering VIITANEN, JUHANI: Structures, risks and reinforcing opportunities of parking buildings built in the 1990s Master of Science Thesis, 136 pages, 105 Appendix pages February 2014 Major: Structural Design Examiner: Professor Ralf Lindberg Keywords: Parking buildings structures and their environmental stress, prestressed concrete structure, reinforcing parking floors, renovating buildings Finland s parking buildings built in the 1990s are approaching their age of renovation in the near future. Prestressed concrete is typically used in their structures. The most typical frame types are beam-and-column frames built from precast concrete, where the slabs are shell panels, hollow-core slabs or double T-slabs, and unbounded posttensioned cast-in-place beam-and-slab floors with columns. The main goals of this Master of Science Thesis was to, in order to support upcoming designing projects, investigate structures of parking buildings built in the 1990s, their risks and find out if some reinforcing methods can be applied to parking floors. Calculations were made based on the Finnish code of building regulations. Studying structures was done mainly as a literature survey but construction drawings of some actual buildings were also examined. In the risk analysis the safety level of some typical structures (shell panels, hollow-core slabs, post-tensioned beams in beamsand-slabs) was calculated. The studied slabs were able to bear loads 2 7 times the typically used loads. Environmental durability of concrete structures was estimated by comparing the old and current design standards. The old standards were about as safe as the current standards with the exception of how to take into account the strongest strain caused by salt. Other risks in parking structures were also searched for in the literature. Reinforcing methods were studied for shell panels and hollow-core slabs. The carrying-capacity of their supporting structures wasn t examined. The idea was to find out with an individual structure example if the method can be applied to it. Neither the costs nor execution of work for the method were studied. By using external post-tensioned tendon strands, it was possible to get the shell panels and hollow-core slabs to endure over double the typically used loads when all old strands were assumed inoperative. Gluing carbon fiber plates to the soffit of slabs was for most parts a poor solution although it could be a working solution for hollow-core slabs in certain cases. As follow-up research more structures of actual buildings and their current state should be investigated. Calculation of structures levels of safety and the reinforcing methods should be expanded to cover more structure types and make the results more universal. Using external post-tensioned tendon strands to reinforce parking floors should be examined further by designing structural details while taking into account the realities of practical construction projects.

6

7 iii ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty Pöyry Finland Oy:n palveluksessa toimisto- ja liikennerakennukset -rakennesuunnitteluosastolle. Diplomityön on ohjannut ja tarkastanut professori Ralf Lindberg Tampereen teknillisestä yliopistosta. Pöyry Finland Oy:ltä työn ohjasi DI Pekka Ahola. Haluan esittää suuret kiitokset molemmille työni ohjauksesta, hyödyllisistä neuvoista ja kiinnostavan aiheen tutkimisen mahdollistamisesta. Aihe oli mielenkiintoinen, monipuolinen ja antoi minulle arvokasta kokemusta myös tulevia työprojekteja ja jännitettyjen betonirakenteiden suunnittelutehtäviä ajatellen. Aiheen laajuuden takia lähtötietomateriaalin hankinta oli melko hankalaa ja työlästä. Haluan kiittää DI Matti Janhusta Insinööritoimisto Matti Janhunen Oy:stä ja DI Juha Rämöä Parma Oy:stä hyödyllisen lähtötietomateriaalin toimittamisesta ja muusta avusta. Pysäköintirakennusten rakenneselvitystä tehdessä sain Espoon, Helsingin ja erityisesti Vantaan rakennusvalvonnan arkistopalveluista paljon apua. Tartunnattomilla jänteillä jälkijännitettyjen pysäköintitasojen laskennasta sain apua DI Juho Järvikuonalta Pöyryn Espoon toimistolta. Lisäksi haluan kiittää kaikkia Pöyryn Tampereen toimiston rakennesuunnittelijakollegoita arvokkaasta vertaistuesta koko diplomityön tekemisen ajan ja erityisesti Lotta Råbergia avusta monien pienten ongelmien ja pulmien ratkomisessa. Lopuksi valtavat kiitokset vanhemmilleni, jotka ovat jaksaneet kannustaa ja tukea minua aina peruskoulusta lähtien koko 19-vuotisen koulutaipaleeni ajan. Tampereella Juhani Viitanen puh

8

9 iv SISÄLLYS Käytetyt merkinnät... viii 1 Johdanto Työn tausta Työn tavoite Työn rakenne ja käytetyt tutkimusmenetelmät Työn rajaukset Teoreettinen tausta Jännebetonirakenteessa käytetyt materiaalit Betonin materiaaliominaisuudet Jännepunoksen materiaaliominaisuudet Betonirakenteen jännittäminen Jännittämisen periaate ja vaiheet Jännitysmenetelmät Jännityshäviöt Ontelolaatan laskennallinen mitoitus Sallitut jännitykset ja halkeilun estäminen käyttörajatilassa Taivutuskestävyys murtorajatilassa Taivutus-leikkauskestävyys murtorajatilassa Leikkaus-vetokestävyys murtorajatilassa Elementin ja pintavalun välinen sauma murtorajatilassa Taipuma käyttörajatilassa Kuorilaatan laskennallinen mitoitus Sallitut jännitykset, rakentamisrajatila ja halkeilun estäminen käyttörajatilassa Taivutuskestävyys murtorajatilassa Leikkauskestävyys murtorajatilassa Elementin ja pintavalun välinen sauma murtorajatilassa Taipuma käyttörajatilassa Jännitetyn betonirakenteen halkeilu Halkeamaleveyden laskenta Suomen betoninormeissa Jännepunosten venymä Jälkijännitetyn palkkivahvennetun pilarilaatan mitoitustarkastelut Kuorman tasapainotus kaarevajänteisillä rakenteilla Tartunnattoman jänteen lisävenymä Taivutuskestävyyden määritys tartunnattomilla jänteillä yleisesti Taivutuskestävyyden määritys käytettäessä kuorman tasapainotusta Käyttörajatila tartunnattomilla ankkurijännerakenteilla Betonirakenteiden rasitus- ja ympäristöluokat Vanhat ympäristöluokat Nykyiset rasitusluokat... 35

10 v Betoniraudoituksen kloridikorroosio Pysäköintirakennusten rakenteet Pysäköintirakennusten mittajärjestelmä Vanhat tilamitoitusohjeet Vanhojen ja nykyisten tilamitoitusohjeiden vertailu Pysäköintirakennusten kuormat Paikoitustasojen hyötykuormat Törmäyskuormat pysäköintirakennuksessa Pysäköintirakennusten ympäristörasitukset Ympäristöluokat vanhoissa pysäköintirakennuksissa Nykyiset rasitusluokat pysäköintirakennuksissa Pysäköintirakennusten paloluokkavaatimukset Kuorilaattarakenteinen pysäköintirakennus Rakenneperiaate ja yleiset mitat Kuorilaattojen mitat ja dimensiot Kuorilaattojen punosmäärät Kuorilaattarakenteen palkit Liikuntasaumat ja detaljit Ontelolaattarakenteinen pysäköintirakennus Rakenneperiaate ja yleiset mitat Ontelolaattojen mitat, dimensiot ja punokset Ontelolaattarakenteen pintarakenteet Ontelolaattarakenteen palkit TT-laattarakenteinen pysäköintirakennus Rakenneperiaate ja yleiset mitat TT-laattojen mitat, dimensiot ja punokset TT-laattarakenteen pintarakenteet ja liikuntasaumat TT-laattarakenteen palkit Jälkijännitetty paikallavalettu pysäköintirakennus Paikallavalettuja jälkijännitettyjä pilarilaattarakennetyyppejä Tyypillisen pysäköintirakennuksen runkojärjestelmä ja mitat Laattaosan paksuus ja punokset Palkkikaistojen dimensiot ja punokset Jälkijännitetyn paikallavalurakenteen liikuntasaumat Pysäköintirakennusten pystyrakenteet ja jäykistys Erillinen elementtirakenteinen pysäköintirakennus Erillinen paikallavalettu pysäköintirakennus Pysäköintitilat muun rakennuksen yhteydessä Rakenteelliset ongelmat ja riskit Ontelo- ja kuorilaattojen analysointi kuormituksen kasvaessa Kuorilaatan KL120/200 (L=5000) analysointi Kuorilaatan KL120/220 (L=7500) analysointi... 74

11 4.1.3 Ontelolaatan h=400 analysointi liittorakenteena Ontelolaatan h=400 analysointi ilman liittovaikutusta Ontelolaatan h=500 analysointi Jälkijännitetyn paikallavaletun palkkikaistan analysointi kuormituksen kasvaessa Tutkittava rakenne Laskennan mitoituskriteerit ja tulokset luvun ja nykyisten rasitusluokkien vertailu Ympäristöluokkia vastaavat rasitusluokat Pysäköintirakennusten ympäristö- ja rasitusluokkien vertailu Betonin lujuuden ja peitepaksuuksien vertailu Muita ongelmia ja riskitekijöitä Vuotaminen saumoista Kloridien tunkeutuminen rakenteisiin Liikuntasaumakohtien lohkeilu Kulutuspintojen vaurioituminen Vedenpoistojärjestelmän ongelmat Ontelo- ja kuorilaattarakenteen korjaus- ja vahvistamistapoja Vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Ulkopuolisella jänteellä vahvistamisen laskenta Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Hiilikuituvahventaminen Hiilikuituvahventaminen ja siinä käytettävät materiaalit Hiilikuituvahventamisen mitoitus Kuorilaatan vahvistaminen hiilikuitunauhoilla Ontelolaatan vahvistaminen hiilikuitunauhoilla Muita ideoituja korjausperiaatteita Ontelolaatan muuttaminen umpilaataksi Kuorilaatan muuttaminen jatkuvaksi rakenteeksi Uuden teräksisen tukirungon asennus Veden tunkeutumisen ehkäiseminen pintarakenteessa ja saumoissa Pintavalun jälkijännittäminen Betonin sopivan koostumuksen valinta Pinnoitus Impregnointi Vettähylkivä impregnointi Kloridin- ja vedenpitävyyttä parantavia tuotteita Yhteenveto Tämän työn tiedossa olevat puutteet Puutteet rakenneselvityksessä ja riskien analysoinnissa Puutteet korjausratkaisujen analysoinnissa vi

12 vii Kuorilaatan laskennan puutteet Ontelolaatan laskennan puutteet Jälkijännitetyn palkkikaistan laskennan puutteet Ulkopuolisella jänteellä vahvistamisen laskennan puutteet Hiilikuituvahvistamisen laskennan puutteet Vanhojen pysäköintirakennusten riskien arviointi Kuorilaattarakenteisten pysäköintitasojen varmuustaso Ontelolaattarakenteisten pysäköintitasojen varmuustaso Jälkijännitetyn paikallavaletun pysäköintitason palkkikaistan varmuustaso Ympäristörasitusten aiheuttamat riskit Pysäköintitasoihin soveltuvia vahvistusratkaisuja Ulkopuolisella jänteellä vahventaminen Hiilikuituvahventaminen Jatkotutkimussuositukset Lähteet Liiteluettelo

13 viii KÄYTETYT MERKINNÄT Tässä on listattu kappaleissa 2 ja 4 käytetyt merkinnät. Liitteiden laskelmissa käytetyt merkinnät eroavat joiltain osin tässä luetelluista. Jos samalla merkinnällä on tarkoitettu montaa eri asiaa, erotellaan -merkinnällä. Latinalaiset isot kirjaimet A, A c Poikkileikkauksen pinta-ala. A ce Betonin vetovyöhykkeen pinta-ala (kappale 2.5.1). A p Jännepunoksen tai -punosten poikkipinta-ala. A s Betoniterästen poikkipinta-ala. C Betonin lieriölujuus. C 0 Betonin lieriölujuus laukaisuvaiheessa. D n Jännepunoksen nimellishalkaisija. E c Betonin kimmomoduuli. E cj Betonin kimmomoduuli jännittämishetkellä. E cc Betonin kimmomoduuli, kun viruma on huomioitu. E p Jännepunoksen kimmomoduuli. (EI) o Liittopoikkileikkauksen taivutusjäykkyys. I Poikkileikkauksen neliömomentti; liittorakenteessa laattaelementin neliömomentti. I o Liittopoikkileikkauksen neliömomentti. K Betonin kuutiolujuus. K j Betonin kuutiolujuus kuormituksen alkamis- tai muutosajankohtana. L Jänneväli (yleensä). Punoksen pituus (kappale 2.2.3). L Jänteen pituuden lisäys tartunnattomilla jänteillä. L 1, L 2 Jänteen pituuden muutokset tuen viereisissä kentissä tartunnattomilla jänteillä. L a Ankkurikappaleiden välimatka. L t Työnaikaisten tukien välimatka kuorilaatoilla. M 0 Nollavenymämomentti, joka yhdessä normaalivoiman kanssa aikaansaa jännityksettömän tilan poikkileikkauksen siinä reunassa, johon kuormitus aiheuttaa vetoa. M g Jännitettävän elementin omanpainon aiheuttama taivutusmomentti. M g2 Muiden pysyvien kuormien kuin jännitettävän elementin omanpainon ja jännevoiman aiheuttama taivutusmomentti. M k, M d Taivutusmomentin ominais- ja mitoitusarvo. M q Muuttuvan kuorman aiheuttama taivutusmomentti. M Rk, M Rd Taivutuskestävyyden ominais- ja mitoitusarvo.

14 ix N c Puristuspinnan voimaresultantti. N d Jännevoiman mitoitusarvo murtorajatilassa. N p Jännepunosten voimaresultantti. N s Betoniterästen voimaresultantti. P Jännevoima jännityshäviöiden jälkeen. P Ankkurointiliukuman aiheuttama jännevoiman muutos aktiiviankkurissa. P 0 Jännevoima ennen jännityshäviöitä. P L Jännevoima passiiviankkurissa (kappale 2.2.3). P max Jännevoima aktiiviankkurissa (kappale 2.2.3). S Poikkileikkauksen staattinen momentti; liittorakenteessa laattaelementin staattinen momentti. S o Liittopoikkileikkauksen staattinen momentti. S o,2 Pintabetonin staattinen momentti liittolaatan neutraaliakselin suhteen. V Id Leikkausvoiman mitoitusarvo ontelolaatalla ennen pintavalun kovettumista. V IId Leikkausvoiman mitoitusarvo ontelolaatalla pintavalun kovettumisen jälkeen tulevista kuormista. V c0 Jännittämättömän, raudoittamattoman betonirakenteen leikkauskestävyys. V Rk, V Rd Taivutus-leikkauskestävyyden ominais- ja mitoitusarvo, kun jännevoiman vaikutus on huomioitu. V Rk,t, V Rd,t Ontelolaatan leikkaus-vetokestävyyden ominais- ja mitoitusarvo. V d Leikkausvoiman mitoitusarvo. W Poikkileikkauksen taivutusvastus. W a Alapinnan mukaan laskettu taivutusvastus. Yläpinnan mukaan laskettu taivutusvastus. W y Latinalaiset pienet kirjaimet b b t b w c c min d Poikkileikkauksen leveys. Työsauman leveys. Ontelolaatan pystykannasten kokonaispaksuus kapeimmassa kohdassa. Pääraudoituksen betonipeitteen nimellisarvo. Pääraudoituksen betonipeitteen vähimmäisarvo, jossa toleranssi on huomioitu. Tehollinen korkeus (yleensä). Liittorakenteessa laattaelementin tehollinen korkeus (kappale 2.4.3). Punoksen halkaisija joissain tapauksissa.

15 x d Liittorakenteen tehollinen korkeus. e Jännevoiman etäisyys neutraaliakselista. e 1, e 2, e 3 Mittoja paraabelin nuolikorkeuden määritystä varten (kappale 2.6.1). f Paraabelin nuolikorkeus (kappale 2.6.1). f ck, f cd Betonin puristuslujuuden ominais- ja mitoitusarvo. f ctf Betonin taivutusvetolujuus. f ctk, f ctd Betonin vetolujuuden ominais- ja mitoitusarvo. f ctk,0 Betonin vetolujuus laukaisuvaiheessa. f p0,2k, f pyk Jännepunoksen 0,2-raja. f pyd Jännepunoksen mitoituslujuus, joka on laskettu 0,2-rajasta. f puk Jännepunoksen murtolujuus. f yk, f yd Betoniterästen vetolujuuden ominais- ja mitoitusarvo. h Poikkileikkauksen korkeus. h e Poikkileikkauksen muunnettu paksuus. k Betonin kimmomoduulin määrityksessä käytettävä kerroin, jonka arvo on 1, jos betonin tiheys on 2400 kg/m 3 (kappale 2.1.1). Taivutus-leikkauskestävyyttä laskettaessa käytettävä kerroin (kappale 2.3.3). k b Kerroin, joka huomioi jännepunoksen tartuntaolosuhteet ankkurointipituuden laskennassa. k ch Betonin virumaluvun määrityksessä käytettävä kerroin, joka huomioi poikkileikkauksen mitat. k cn, k ci Kertoimia, joita käytetään betonin tietyllä aikavälillä tapahtuvan viruman laskemiseen. k sh Betonin loppukutistuman määrityksessä käytettävä kerroin, joka huomioi poikkileikkauksen mitat. k sn, k si Kertoimia, joita käytetään betonin tietyllä aikavälillä tapahtuvan kutistuman laskemiseen. k t Betonin virumaluvun määrityksessä käytettävä kerroin, joka huomioi betonin lujuuden kuormituksen alkamis- tai muutosajankohtana. k w Kerroin, jota käytetään halkeamaleveyden laskennassa. l bp Matka, jolla tartuntajänteiden jännevoima siirtyy betoniin. n Jänteiden lukumäärä peräkkäin jännitettyjen ankkurijänteiden aiheuttamien jännityshäviöiden laskennassa. n p Punosten määrä. q k, q d Laataston pinnan hyötykuorman ominais- ja mitoitusarvo. t Pintavalun paksuus. u Poikkileikkauksen piiri. v d Työsauman mitoitusleikkausjännitys. v Rk, v Rd Työsauman leikkauskestävyyden ominais- ja mitoitusarvo.

16 xi w w max w p x y z z p, z s z 0 z a z y Ankkurointiliukuman vaikutuspituus (kappale 2.2.3). Taipuma (kappale 4). Suurin sallittu taipuma. Kaarevan jänteen ohjausvoima. Jänteen pituus aktiiviankkurista tutkittavaan pisteeseen (kappale 2.2.3). Jännityksen nollakohdan etäisyys yläpinnasta (kappale 2.3.2). Puristuspinnan tehollinen korkeus. Sisäinen momenttivarsi. Punosten ja betoniterästen sisäinen momenttivarsi rakenteessa, jossa on molempia. Liittopoikkileikkauksen neutraaliakselin paikka rakenteen alareunasta mitattuna. Etäisyys neutraaliakselista alareunaan. Etäisyys neutraaliakselista yläreunaan. Kreikkalaiset kirjaimet Betonin vetolujuuden määrityksessä käytettävä kerroin, jonka arvo on 0,2, jos betonin tiheys on 2400 kg/m 3 (kappale 2.1.1). Leikkaus-vetokestävyyden laskennassa käytetty pienennyskerroin (kappale 2.3.4). Jänteen taivutuksien kulmasumma matkalla x. Aaltoisuusluku (kappale 2.2.3). Rakennetyypistä liittyvä kerroin (kappale 2.6.5). 1 Kerroin, jolla huomioidaan betonirakenteen jännevoima taivutus-leikkauskestävyyden laskennassa (kappale 2.3.3). Työsauman leikkausmitoituksessa betoniteräkset huomioiva kerroin (kappale 2.4.4). 2 Kerroin, joka huomioi työsauman betonin karheuden. Ankkurointiliukuma (kappale 2.2.3). 1 Punoksen jännitys-muodonmuutoskuvaajan venymäarvo. 2 Punoksen jännitys-muodonmuutoskuvaajan venymäarvo. c Betonin muodonmuutos. cc Betonin loppuviruma. ce Lopputilanteen jännevoimaa vastaava poikkileikkauksen kimmoinen kokoonpuristuma jänteen resultantin kohdalla. cs Betonin loppukutistuma. cs0 Betonin loppukutistuman perusarvo. cu Betonin murtopuristuma. Jänneteräksen kokonaisvenymä. p

17 xii pe Lopputilanteen jännevoimaa vastaava jänneteräksen venymä. s Betoniterästen venymä. s1 Jänneteräksen lisävenymä. Kitkakerroin jänteen ja suojaputken välillä. Pituussuuntaisen raudoituksen suhteellinen määrä (kappale 2.3.3). Kohtisuoraan työsauman läpi menevä suhteellinen teräsmäärä (kappale 2.4.4). r Halkeamaleveyden laskennassa käytetty suhteellinen teräsmäärä. c Betonin puristusjännitys (yleensä). Betonin puristusjännitysraja (kappale 4). c0 Betonin puristusjännitys laukaisuvaiheessa. cp Jännevoiman aiheuttama betonin jännitys jänteiden painopisteen kohdalla (kappale 2.2.3). Betonin jännitys neutraaliakselilla esijännityksestä (kappale 2.3.4). p Punoksen jännitys. p Pituudenmuutoksen aiheuttama jännitysmuutos tartunnattomilla jänteillä. p,c+s Betonin viruman ja kutistuman aiheuttama jännityshäviö. p,rel Relaksaatiosta aiheutuva pitkäaikainen jännityshäviö. p,rel,1000h Punoksen jännitysmuutos 1000 tunnin relaksaatiokokeessa. p,rel, Jänneteräksen relaksaatio, kun alkujännitys on p0. p0 Punoksen jännitys heti jännittämistyön päätyttyä. p0,max Punoksen suurin jännitys hetkellisesti jännitystyön aikana. pe Betonin kimmoisen kokoonpuristumisen aiheuttama jännityshäviö. px Jännityksen arvo matkan x päässä jännityksestä p0. px Kitkan ja jänteen kaarevuuden aiheuttama jännityshäviö kohdassa x. t Betonin vetojännitys (yleensä). Betonin vetojännitysraja (kappale 4). t0 Betonin vetojännitys laukaisuvaiheessa. d Ontelolaatan uuman mitoitusleikkausjännitys leikkausvetokestävyyden laskennassa. Rk, Rd Ontelolaatan uuman leikkaus-vetokestävyyden ominais- ja mitoitusarvo. Ø Betonin virumaluku (kappale 2.1.1). Punoksen halkaisija (kappale 2.2.2). Keskimääräinen tangon tai jänteen halkaisija (kappale 2.5.1). Betonin virumaluvun perusarvo. Ø 0

18

19 1 1 JOHDANTO Tässä kappaleessa käydään läpi lähtökohdat, joista tätä diplomityötä alettiin tehdä. Tarkoituksena on muodostaa likimääräinen kuva työn sisällöstä ja siitä, mitä tutkitaan. Ensiksi käydään lyhyesti läpi työn aiheeseen liittyvä tausta. Seuraavaksi määritellään tälle työlle asetetut tavoitteet siitä, mihin kysymyksiin diplomityön pitäisi vastata. Tämän jälkeen käsitellään työn rakenne ja mitä tutkimusmenetelmiä kussakin kappaleessa käytetään. Lopuksi käydään läpi työn aihepiirille asetetut rajaukset. 1.1 Työn tausta Suomessa pysäköintirakennukset on perinteisesti tehty ennen 1990-lukua ja varsinkin ennen 1980-lukua teräsbetonista paikallavalaen luvulla alkoi markkinoille tulla erilaisia esijännitettyihin betonielementtilaattoihin ja pilari-palkkirunkoon perustuvia rakennejärjestelmiä. TT-laattoja käytettiin varsinkin 1980-luvulla paljon, mutta niiden käyttö väheni 1990-luvun alkupuolen jälkeen. Kuorilaattoja on käytetty 1980-luvulta aina nykypäivään asti ja niiden käyttö on vieläkin yleistä. Ontelolaattojakin on käytetty pysäköintirakennuksissa 1980-luvun loppupuolelta nykypäivään asti, mutta niiden käyttö ei ole yhtä yleistä kuin kuorilaattojen luvun aikana Suomessa alkoi yleistyä muissa maissa jo aiemmin käytössä olleet tartunnattomilla jänteillä jälkijännitetyt palkkivahvennetut paikallavaletut pysäköintirakennukset, jotka 2000-luvun alkuun mennessä saavuttivat jo merkittävän osuuden uusista pysäköintirakennuksista. Näiden kolmen elementtirakennetyypin sekä jännittämättömien ja jännitettyjen paikallavalettujen rakennetyyppien lisäksi Suomessa on tehty yksittäisiä kohteita myös teräsrakenteisina tai jotain Suomessa harvemmin käytettyä betonin rakennejärjestelmää käyttäen (esimerkiksi ruotsalainen SB-järjestelmä). Pysäköintirakennusten rakenteet ovat yleensä säälle ja kloridirasituksille alttiita. Erityisesti joissain elementtirakenteisissa ratkaisuissa onkin ilmennyt ongelmia. Suuri määrä Suomen 1990-luvulla rakennetuista pysäköintirakennuksista alkaa lähestyä tyypillistä korjausikää luvun pysäköintirakennusten korjaamisesta ei ole ainakaan Suomessa paljoa käytännön kokemusta eikä niistä ole tehty myöskään kattavaa tutkimusta. 1.2 Työn tavoite Tämän työn ensimmäisenä tavoitteena on selvittää lähtötiedoksi pysäköintirakennusten olennaisimpia tietoja, kuten yleisimmissä ratkaisuissa käytetyt rakennejärjestelmät, rakenneosien tyypilliset dimensiot, jännitetyistä rakenteista punosmäärät, rakenteiden kuormat, ympäristörasitukset ja palovaatimukset sekä pysäköintirakennusten tilavaati-

20 2 mukset. Pääpaino rakenneselvityksessä on noin 1990-luvulla rakennetuissa tyypillisimmissä pysäköintirakennuksissa. Tämä rakenneselvitys toimii myös apuna vahvistamisja korjausratkaisuja pohdittaessa. Toisena tavoitteena on arvioida 1990-luvun pysäköintirakennusten rakenteiden varmuutta ja rakenteellisia riskejä. Tässä tarkastelussa rajaudutaan muutamien yksittäisten asioiden analysointiin, joita päätettiin tutkia tarkemmin, koska kaikenkattavaa analyysiä ei diplomityön laajuudessa voi tehdä. Rakenteiden laskennallisessa varmuustarkastelussa painotutaan varsinaisen laattarakenteen tutkintaan kuori- ja ontelolaattarakenteilla ja palkkikaistan tutkimiseen jälkijännitetyllä paikallavaletulla pysäköintitasolla. Ympäristörasitusten aiheuttamat riskit tutkitaan kaikille pysäköintirakennuksen osille vanhojen ja nykyisten suunnitteluohjeiden pohjalta. Lisäksi listataan lyhyesti kirjallisuudessa esiteltyjä pysäköintirakennusten riskejä ja yleisiä ongelmia. Kolmantena tavoitteena on ideoida ja tutkia kuori- ja ontelolaattarakenteisten pysäköintirakennusten laattarakenteen korjaus- ja vahvistusratkaisuja. Tarkoituksena ei ole tehdä detaljitason suunnittelua, vaan pyritään selvittämään soveltuuko periaate yleensä pysäköintitasoihin ja kannattaako sitä tutkia tarkemmin esimerkiksi työprojekteissa. Yritetään myös selvittää kirjallisuuden avulla, millä pääperiaatteilla pysäköintitasojen rakenteiden pitkäaikaiskestävyyttä voidaan parantaa, jos pintarakennetta joudutaan korjaamaan. Jos diplomityöhön käytettävä aika loppuu kesken, karsitaan ensisijaisesti korjausratkaisujen tutkimista rakenneselvityksen ja riskien analysoinnin sijaan. 1.3 Työn rakenne ja käytetyt tutkimusmenetelmät Tämä työ on aloitettu käymällä läpi työhön liittyvä teoreettinen tausta olettaen, että lukijalla on kohtalaisesti kokemusta tavallisesta teräsbetonirakenteiden suunnittelusta, mutta ei jännitetyistä betonirakenteista. Aluksi on käsitelty yleistiedot siitä, mitä jännitetyt betonirakenteet ovat, jonka jälkeen on keskitytty tarkemmin tässä työssä tutkittavien jännitettyjen betonirakenteiden laskentaan. Lisäksi on käyty läpi, mitä vanhat ympäristöluokat ja nykyiset rasitusluokat ovat. Seuraavaksi on pyritty selvittämään noin 1990-luvulla pysäköintirakennuksissa käytettyjä rakenteita ja suunnittelukriteereitä. Vanhoja suunnittelukriteereitä on verrattu myös nykyisin käytössä oleviin. Tutkimus on tehty suurelta osin kirjallisuustutkimuksena vanhojen suunnitteluohjeiden ja muun aineiston pohjalta. Lisäksi joidenkin todellisten kohteiden rakenteita on tarkasteltu määrien tasolla suurimpien kaupunkien rakennusvalvonnoissa siinä laajuudessa kuin se oli mahdollista ilmaiseksi ja kohtuullisessa ajassa. Osasta kohteista päästiin tutkimaan rakennepiirustuksia ja tekemään niistä muistiinpanoja. Rakenteiden riskejä on analysoitu laskennallisesti rakenneselvityksestä saatujen lähtötietojen avulla ja kirjallisuustutkimuksena. Laskennallinen analyysi on tehty muutamalle tyypilliselle esimerkkirakenteelle. Toteutuneita kohteita ja niiden kuntoa ei ole tutkittu.

21 3 Lopuksi on tutkittu kuori- ja ontelolaattarakenteisten pysäköintitasojen korjausratkaisuja laskennallisesti ja kirjallisuustutkimuksena. Vahvistusratkaisujen laskennallisen tarkastelun yhteydessä on käyty läpi myös vahvistuksen laskennallisen tarkastelun teoria siltä osin kuin se eroaa aiemmin esitetystä vahventamattoman rakenteen laskennasta. Todellisia korjauskohteita ei ole tutkittu eikä tutkittujen korjausmenetelmien detaljisuunnittelua tai menetelmän soveltuvuuden tarkempaa tarkastelua ole tehty. 1.4 Työn rajaukset Tutkittava aihepiiri on laaja, joten aiheen rajaus on melko hankalaa. Lähtökohtana päätettiin keskittyä noin 1990-luvulla tehtyihin pysäköintirakennuksiin, mutta raja ei ole tarkka. Riskien ja korjausratkaisujen pohdinnassa rajauduttiin vain tiettyihin asioihin, jotka selitettiin kappaleissa 1.2 ja 1.3. Varsinaisissa sisältökappaleissa on kerrottu tarkemmista aiheen rajauksista. Työstä päätettiin rajata kustannusasioiden ja työtekniikan tarkempi pohtiminen pois. Joissain korjausratkaisuissa korjaustavan mielekkyyttä työmäärän ja kustannusten suhteen on arvioitu hyvin karkeasti ilman tarkempia perusteluja. Rakenteiden palomitoitusta ei ole tutkittu laskennallisesti, koska sen ei alustavasti arvioitu olevan merkittävä tekijä muussa kuin detaljisuunnittelussa (esimerkiksi teräsrakenteissa). Rakenteiden laskennassa on tehty joitain oletuksia ja yksinkertaistuksia, jotka on listattu kyseisissä kappaleissa, joissa asiaa on käsitelty. Laskelmat päätettiin tehdä soveltamalla Suomen rakentamismääräyskokoelmaa ja Suomessa perinteisesti käytössä ollutta muuta ohjeistusta eurokoodin sijaan, koska vanhan normin käyttäminen korjauskohteissa, jotka on suunniteltu Suomen rakentamismääräyskokoelman mukaan, on perusteltua ja se noudattaa paremmin alkuperäistä suunnitteluideologiaa ja tavoiteltua varmuustasoa. Lisäksi rakennusvalvontaviranomaiset hyväksyvät suurella varmuudella rakentamismääräyskokoelman mukaan suunniteltuja kohteita käytännössä vielä pitkään, varsinkin korjaus- ja vahventamiskohteissa.

22 4 2 TEOREETTINEN TAUSTA Tässä kappaleessa käydään läpi työn ymmärtämiseen tarvittavat esitiedot jännitettyjen betonirakenteiden laskennasta ja betonin rasitusluokista. Lähtökohtana on, että lukijalla on jo kohtalainen määrä kokemusta tavallisten teräsbetonirakenteiden suunnittelusta, mutta ei jännitetyistä betonirakenteista. Pysäköintirakennuksissa esiintyviä rakenteita on käsitelty erikseen kappaleen 3 rakenneselvityksessä. Tässä kappaleessa käsitellään asioita paljon yleisemmin kuin pysäköintirakennusten rakenteiden näkökulmasta, mutta käsiteltävät aiheet on rajattu työn vaatimien tietojen mukaan. Alikappaleissa on kerrottu tarkemmin poisrajatuista asioista. Aluksi käsitellään jännitetyissä betonirakenteissa käytettävät materiaalit ja materiaalimalli sekä betonirakenteen jännittämisen periaate. Tämän jälkeen käsitellään tarkemmin ontelo- ja kuorilaattojen laskennallista analyysia ja siinä tarvittavia laskentakaavoja. Halkeamaleveyksien laskenta on käsitelty erikseen. Seuraavaksi on käsitelty palkkivahvennettuihin jälkijännitettyihin pilarilaattarakenteisiin liittyvät erikoisasiat. Lopuksi käydään läpi, mitä vanhat ympäristöluokat ja nykyiset rasitusluokat tarkoittavat. 2.1 Jännebetonirakenteessa käytetyt materiaalit Tässä kappaleessa käsitellään lyhyesti jännitetyissä betonirakenteissa käytetyt materiaalit ja miten niiden olennaisimmat ominaisuudet huomioidaan laskennallisesti. Betonista käsitellään lujuus- ja kimmo-ominaisuuksien lisäksi viruma ja kutistuma. Jännebetonirakenteessa voi betonin ja jännepunosten tai -terästen lisäksi olla myös tavallisia betoniteräksiä, mutta niiden ominaisuuksien otaksutaan olevan lukijalle tuttuja. Jännittämisessä voidaan punosten sijaan käyttää myös tankoja tai lankoja, joita tässä ei käsitellä, koska niiden käyttö ei ole Suomessa yleistä Betonin materiaaliominaisuudet Rakentamismääräyskokoelmassa betonin lujuutta käsitellään kuutiolujuuden avulla. Esimerkiksi merkinnällä K40 tarkoitetaan betonia, jonka kuutiolujuus on 40 MPa. Jännitettyjen betonirakenteiden betonin nimellislujuuden pitää olla vähintään K30. Nämä ohjeet pätevät K60-luokan betoniin asti. Lujempaa betonia käytettäessä noudatetaan by 50 Betoninormit -kirjan lisäohjeita. [16.] Laskennassa rakenteen betonin puristuslujuus f ck lasketaan kaavasta ja vetolujuus f ctk kaavasta f = 0,7K, f = /

23 5 Kaavoissa K:lla tarkoitetaan kuutiolujuutta yksikössä MPa. Jos käytetään tavanomaista betonia, jonka tiheys on 2400 kg/m 3, betonin murtopuristuma cu on 3,5 ja kaavan on 0,2. Betonin kimmomoduulin E c arvo lasketaan kaavalla E = 5000k, jossa k on 1 betonin tiheyden ollessa 2400 kg/m 3. Rakenteen pitkäaikaiskuormien aiheuttamia siirtymiä laskettaessa viruma voidaan huomioida pienentämällä betonin kimmomoduulia virumaluvun avulla. Viruman pienentämä kimmomoduuli E cc lasketaan kaavalla E = 1 +, jossa Ø on virumaluku. Jos betonin käyttötilan jännitys pitkäaikaiskuormista ei ylitä arvoa 0,6f ck, virumaluku voidaan laskea yksinkertaisella kaavalla =, jossa Ø 0 on virumaluvun perusarvo; k ch ja k t ovat kertoimia. Ø 0 määritetään taulukosta 2.1 suhteellisen kosteuden perusteella. Kerroin k ch saadaan taulukosta 2.2 muunnetun paksuuden h e avulla. Kerroin k t saadaan kaavasta k = (2,5 1,5 ) 1,0, jossa K j betonin kuutiolujuus kuormituksen alkamis- tai muutosajankohtana. [16.] Taulukko 2.1. Virumaluvun perusarvon määritys [16, s. 27]. Rakenteen ympäristöolosuhteet Suhteellinen kosteus [%] Ø 0 Vesi Hyvin kostea ilma 90 1,5 Ulkoilma 70 2 Kuiva ilma 40 3 Taulukko 2.2. Kertoimen k ch määritys [16, s. 27]. h e [mm] (*) k ch 50 1, , , , ,70 (*) h e = muunnettu paksuus = poikkileikkauksen pinta-ala / piirin puolikas = A / 0,5u Näiden avulla saadaan määriteltyä betonin virumaluku Ø ja loppuviruma cc saadaan kaavasta 2.1.7

24 6 = c on pitkäaikaiskuormien aiheuttama betonin hetkellinen muodonmuutos c /E c. [16.] Käytettäessä tavanomaista betonia, jonka suurin raekoko on vähintään 12 mm, voidaan loppukutistuma cs laskea kaavasta =, jossa cs0 on loppukutistuman perusarvo ja k sh on kerroin. cs0 määritetään taulukosta 2.3 suhteellisen kosteuden perusteella ja kerroin k sh saadaan taulukosta 2.4 muunnetun paksuuden h e avulla. [16.] Taulukko 2.3. Loppukutistuman perusarvon määritys [16, s. 25]. Rakenteen ympäristöolosuhteet Suhteellinen kosteus [%] cs0 [ ] Vesi Hyvin kostea ilma 90 0,2 Ulkoilma 70 0,4 Kuiva ilma 40 0,6 Taulukko 2.4. Kertoimen k sh määritys [16, s. 25]. h e [mm] (*) k ch 50 1, , , , ,50 (*) h e = muunnettu paksuus = poikkileikkauksen pinta-ala / piirin puolikas = A / 0,5u Aikavälillä t i t n tapahtuvaa betonin kutistumista ja virumista voidaan arvioida katsomalla kertoimet k s ja k c taulukosta 2.5 ja käyttämällä kaavoja ja kutistuma aikavälillä = ( ) viruma aikavälillä = ( ) Taulukko 2.5. Kertoimien k s ja k c määritys [16, s. 26]. Aika k s k c 1 d 0,10 0,20 3 d 0,15 0,25 28 d 0,4 0,5 a 0,7 1 a 0,85 5 a 1,0 Tässä jätettiin käsittelemättä raudoituksen, sementin ja kevyemmän runkoaineen vaikutus kutistumaan ja virumaan sekä viruman muutos kuormituksen muuttuessa. Nämä asiat on käsitelty by 50 Betoninormit -kirjassa. [16.]

25 Jännepunoksen materiaaliominaisuudet Jänteissä käytettävät punokset valmistetaan kylmävedetyistä langoista, jotka punotaan samaan suuntaan. Lankojen määrä vaihtelee välillä 2 27, mutta Suomessa tavallisimpia ovat 7-lankaiset punokset, joissa on keskellä suora ydinlanka ja ympärillä 6 punottua kehälankaa. [19.] Sydänlangan halkaisija on vähintään 2 % suurempi kuin pintalankojen. Pintalangat voivat olla sileitä tai kuvioituja. [22.] Katso kuva 2.1. Kuva lankainen jännepunos [6]. Punosten tulee olla hyvin sitkeitä, jotta ne täyttävät jännitystyön asettamat vaatimukset. Niiden myötölujuutta vastaava 0,2-raja onkin noin 3 kertaa suurempi kuin tavallisella harjateräksellä. Jänneteräspunosten standardin mukaisia kokoja ja ominaisuuksia on esitetty taulukossa 2.6. Taulukko 2.6. SFS 1265:n mukaiset jänneteräspunokset [16, s. 30]. Punostyyppi Vakiopunos STD STD-P Erikoispunos SUP SUP-P D n [mm] A p [mm 2 ] 6,4 25 9, ,5 93 Lujuusluokka f p0,2k / f puk [N/mm 2 / Nmm 2 ] 1570 / , / , , / , / 1770 E p [N/mm 2 ] Relaksaatio p,rel,1000h /0,7f puk [%] ,5 Taulukossa D n tarkoittaa punoksen nimellishalkaisijaa ja A p poikkipinta-alaa. Lujuusmerkinnällä f p0,2k tarkoitetaan niin sanottua 0,2-rajaa eli jännitysrajaa, jonka jälkeen kylmämuovattu teräs myötää. Merkintä f puk on punoksen murtolujuus ja E p kimmomoduuli. Punoksen laskentalujuudesta käytetään tavallisesti merkintää f pyd, joka lasketaan 0,2-rajan avulla jakamalla varmuuskertoimella. Relaksaatiolla tarkoitetaan teräksen jännityksen alenemista ajan kuluessa. Se on ilmaistu taulukossa 2.6 alkujännitystä 0,7f puk ja 1000 h aikaa vastaavan relaksaatiokokeen mukaisen tuloksen avulla. [16; 22] Kuvassa 2.2 on esitetty Suomen rakentamismääräyskokoelman mukainen idealisoitu jännitysmuodonmuutoskuvio jänneteräksille ja -punoksille.

26 8 Kuva 2.2. Jänneteräksen ja -punoksen jännityksen ja muodonmuutoksen välinen yhteys idealisoidun mallin mukaan [16]. Kuvaan merkityt venymät 1 ja 2 lasketaan jänneteräksen kimmomoduulin E p ja laskentalujuuden f pyd avulla kaavoista ja = 0,9, = Betonirakenteen jännittäminen Jännitetyissä betonirakenteissa betoniin aiheutetaan ulkoinen puristava voima, jonka avulla rakenne pysyy pääosin puristettuna myös lopullisessa kuormitustilanteessa. Täten hyödynnetään betonin hyvä puristuskestävyys erityisesti korkealujuusbetoneilla. Puristusvoima saadaan aikaan esimerkiksi käyttämällä korkealujuusteräksestä tehtyjä punoksia. [37.] Tässä kappaleessa käydään läpi betonirakenteen jännittämisen periaate vaiheittain käyttämällä esimerkkinä suorakaidepalkkia. Myös laattoja ja esimerkiksi I-palkkeja käytetään jännitettyinä rakenteina, mutta suorakaidepalkin avulla esitetty periaate on sovellettavissa myös näihin. Jännitettyjen betoni-betoni liittorakenteiden toiminta ja laskenta on käsitelty tämän työn myöhemmissä kappaleissa niin laajasti kuin mitä tämän työn laskelmien ymmärtämiseksi on tarpeen. Tyypillisiä betoni-betoni liittorakenteita, joissa jokin sen osista on jännitetty, on palkki + laatta/pintavalu, ontelolaatta tai TTlaatta + pintavalu ja kuorilaatta [68]. Tässä kappaleessa käsitellään myös jännitysmenetelmiä ja tartunnalliset sekä tartunnattomat jänteet. Lopuksi käydään läpi jännityshäviöiden syitä ja pintapuolisesti niiden laskentaa.

27 Jännittämisen periaate ja vaiheet Käydään tässä jännittämisen periaate ja vaiheet läpi käyttämällä esimerkkinä elementtitehtaalla valettavaa yksiaukkoista suorakaidepalkkia, jossa jännittäminen tehdään jänneterästen kimmoisiin ominaisuuksiin perustuvalla menetelmällä. Aluksi punokset asennetaan jännityspöydälle, jossa niitä venytetään suunniteltuun arvoon asti pitämällä yksittäisten punosten jännitykset kimmoisalla alueella ja niiden jännitykset sallituissa rajoissa. Kaavoissa ja on sallitut maksimijännitykset punokselle heti jännittämistyön päätyttyä ( p0 ) ja hetkellisesti jännitystyön aikana ( p0,max ). [16, s. 85; 37] 0,75 0,85, 2.2.1, 0,80 0,90, Punosten jännittämisen jälkeen suoritetaan betonointi. Betonin riittävän kovettumisen jälkeen punokset katkaistaan päistään, jolloin ne pyrkivät puristumaan alkuperäiseen pituuteensa, mikä aiheuttaa palkille puristavan jännevoiman punoksen ja betonin välisen tartunnan kautta. Tätä kutsutaan laukaisuvaiheeksi. Voiman siirtäminen punoksilta betoniin voidaan tehdä muullakin tavalla kuin tartunnan kautta; tätä on käsitelty tarkemmin kappaleessa [37.] Kuvassa 2.3 on esitetty, mitä halkeilemattoman poikkileikkauksen jännityksille tapahtuu laukaisuvaiheessa, kun sitä kuormittaa pelkästään palkin omapaino ja palkin alaosassa vaikuttava jännevoima. Kuva 2.3. Suorakaidepoikkileikkauksen jännitysjakauma laukaisuvaiheessa [37]. Kuvan merkinnät tarkoittavat seuraavaa: P 0 = jännevoima ennen jännityshäviöitä, W = poikkileikkauksen taivutusvastus, A = poikkileikkauksen pinta-ala, e = jännevoiman etäisyys neutraaliakselista M g = palkin omanpainon aiheuttama momentti tarkasteltavassa kohdassa.

28 10 Jännebetonipalkin on kestettävä sille aiheutuvat jännitykset jännevoiman laukaisuvaiheessa. Tilanteessa betoni ei ole vielä saavuttanut lopullista lujuuttaan, jännevoima on suurimmillaan ja palkkia kuormittaa jännevoiman lisäksi pelkästään sen omapaino. Jännitystilannetta tarkasteltaessa kannattaa käyttää sallittuja jännityksiä. Kun merkitään laukaisuvaiheen puristusjännitystä c0 :lla ja vetojännitystä to :lla, saadaan yleensä käytetyt jännityksen raja-arvot kaavoista ja 2.2.4: 0,6, ,7,, joissa C 0 on betonin lieriölujuus ja f ctk,0 vetolujuus laukaisuvaiheessa. Laukaisuvaiheen puristusjännitys alapinnassa ja veto- tai puristusjännitys yläpinnassa voidaan laskea suorakaidepoikkileikkauksella kuvassa 2.3 esitetyillä kaavoilla. [37.] Tavallinen arvo betonin lujuudelle laukaisussa on noin 80 % loppulujuudesta [29]. Tarkastellaan seuraavaksi lopullista tilannetta, jossa palkki on asennettu kohteeseensa ja sitä kuormittaa myös muut kuormat. Nyt betoni on kovettunut suunnittelulujuuteensa ja jännevoima on pienentynyt jännityshäviöiden takia. [37.] Kuvassa 2.4 on esitetty, mitä halkeilemattoman suorakaidepoikkileikkauksen jännitysjakaumalle käy, kun sitä kuormitetaan lopputilanteen kuormilla. Kuva 2.4. Suorakaidepoikkileikkauksen jännitysjakauma lopullisessa tilanteessa [37]. Kuvan merkinnät, joita ei vielä kuvan 2.3 yhteydessä selitetty, tarkoittavat: P = jännevoima jännityshäviöiden jälkeen, M g2 = muiden pysyvien kuormien kuin palkin omanpainon ja jännevoiman aiheuttama momentti tarkasteltavassa kohdassa, M q = muuttuvan kuorman aiheuttama momentti tarkasteltavassa kohdassa. Myös lopullista tilannetta tarkastellessa kannattaa käyttää sallittuja jännityksiä. Kun merkitään lopullisen tilanteen puristusjännitystä c :lla ja vetojännitystä t :lla, saadaan yleensä käytetyt jännityksen raja-arvot kaavoista ja 2.2.6: 0,5, , joissa C on betonin lieriölujuus lopullisessa tilanteessa. Lopullisen tilanteen puristus- tai vetojännitys alapinnassa ja puristusjännitys yläpinnassa voidaan laskea suorakaidepoikkileikkauksella kuvassa 2.4 esitetyillä kaavoilla summaamalla jännitykset yhteen. [37.]

29 11 Useissa tapauksissa, varsinkin kun halkeilusta ei ole haittaa, betonille on sallittu vetojännitystä myös lopputilanteessa. Suurimmat käytetyt arvot ovat olleet 1,7f ctk. [29.] Tämä arvo perustuu betonirakenteen taivutusvetokestävyyteen [19]. Tässä työssä ei käsitellä tartuntajännebetonipalkin mitoitusta tarkemmin. Palkilla tarkistetaan murtorajatilassa muun muassa taivutus- ja leikkauskestävyys sekä ankkuroinnin kestävyys. Murtorajatilassa jännevoima on yleensä rakenteelle suosiollinen pysyvä kuorma, jolloin sille käytetään osavarmuuslukua 0,9. Käyttörajatilassa tarkastellaan tavallisesti taipuma ja halkeilukapasiteetti. [29.] Jännitysmenetelmät Betonirakenteita voidaan esi- tai jälkijännittää. Esijännitetyt rakenteet ovat tartuntajännebetonirakenteita ja ne esivalmistetaan elementtitehtaalla. Jälkijännittämistä käytetään yleensä paikallavaletuille rakenteille ja niitä kutsutaan ankkurijännerakenteiksi. Ankkurijännerakenteissa jänteet voivat olla tartunnallisia tai tartunnattomia. Sekä esi- että jälkijännitetyissä rakenteissa jännevoima saadaan aikaan jännepunoksen palautuvan venymän avulla, mutta jännevoiman siirto betonille tapahtuu eri periaatteella. [19; 37] Esijännitetyissä tartuntajännerakenteissa jänneteräkset jännitetään alustaan, jonka jälkeen suoritetaan betonointi ja jännevoima siirretään punoksilta betonille tartunnan avulla katkaisemalla punokset päistään. Matkaa punoksen päästä elementin keskiosaa päin, millä jännevoima on kokonaan siirtynyt betonille sen puristusvoimaksi, kutsutaan siirtymäpituudeksi. Punoksen päässä jännitys on 0 eli sen poikkileikkaus vastaa alkuperäistä. Poikkileikkaus kapeutuu tasaisesti siirtymämatkalla jännityksen kasvaessa, mikä aiheuttaa punoksen ympärillä tartuntajännityksiä ja poikittaissuuntaista säteittäistä puristusta. [19; 37] Kuva 2.5 havainnollistaa tätä. Kuva 2.5. Jänneteräksen ankkuroitumisperiaate siirtymäpituudella [19, s. 602]. Kuvassa siirtymäpituus on kohtien A ja B välissä. Päässä olevalla :lla kuvataan katkaisuhetken liukumaa. Pituudella l bp kuvataan betoninormien mukaista matkaa, jolla tartuntajänteiden jännevoima siirtyy betoniin. [19.] Tämä lasketaan kaavasta = 70, jossa Ø on punoksen halkaisija yksikössä mm ja k b on kerroin, joka saadaan Betoninormit kirjan taulukosta. Jännitetyissä rakenteissa tartuntatila tulisi olettaa epäedulli-

30 12 simmaksi (tartuntatila II), jolloin jännepunoksille käytetään k b :n arvoa 0,8 nopealla jännityksen siirrolla ja 1,1 hitaalla jännityksen siirrolla. [16; 19] Jälkijännitetyissä ankkurijännerakenteissa jännepunokset sijoitetaan väljiin suojaputkiin, suoritetaan betonin valu ja betonin kovetuttua punokset jännitetään valettuun rakenteeseen tukeutuvien ankkurikappaleiden avulla. Punokset voidaan myös asentaa vasta valun jälkeen. Ankkurijännebetonirakenteissa tarvitaan tietynlainen jännemenetelmä, joka käsittää jälkijännittämiseen tarvittavien laitteiden ja työmenetelmien muodostamaa kokonaisuutta. Käyttöseloste voi asettaa rajoja myös punosten suurimmille sallituille jännityksille, jotka poikkeavat kappaleessa esitetyistä. Suomen Betoniyhdistys r.y. ylläpitää listaa Suomessa voimassa olevista jännemenetelmien käyttöselosteista. [37.] Hyväksyttyjä jännemenetelmiä ovat esimerkiksi LOCK ja MK4 [27]. Ankkurijännerakenteessa jänteet pääsevät vapaasti liikkumaan jännittämisen aikana. Jos jänteistä halutaan tehdä tartunnallisia, putket injektoidaan ankkuroinnin jälkeen juotoslaastilla, joka toimii tartuntavoimien välittäjänä ja vähentää korroosioriskiä sekä parantaa rakenteen halkeilukestävyyttä. Tartunnattomien jänteiden tapauksessa putket täytetään vaseliinilla tai muulla rasvalla, mikä estää tartunnan syntymisen ja suojaa punoksia korroosiolta. Tartunnattomia jänteitä kutsutaankin usein rasvapunoksiksi. [19.] Tartunnattomissa ankkurijännerakenteissa jokaisella punoksella on yleensä oma suojaputkensa Suomessa käytetyissä menetelmissä. Tartunnallisissa rakenteissa taas käytetään suurempaa suojaputkea, johon sijoitetaan useita punoksia. [35.] Betonin kestävyys ankkurikappaleen aiheuttamille halkaisuvoimille on tarkastettava. Nämä voimat ovat merkittävämpiä tartunnallisissa ankkurijännerakenteissa, koska punoksia tulee pienelle alueelle enemmän kuin erillisten tartunnattomien jänteiden tapauksessa. [19.] Jälkijännitetyillä ankkurijännerakenteilla on mahdollista tehdä jatkuvia rakenteita käyttämällä kaarevia jänteitä, joissa jännepunokset kulkevat yläpinnassa tuilla ja alapinnassa jänteillä. Kaarevalla jänteellä jännityksen hyöty kasvaa johtuen kaarevuuden aiheuttamasta ohjausvoimasta, joka on gravitaatiovoimille vastakkainen. [19.] Edellä kuvattujen jännitysmenetelmien lisäksi on olemassa myös muita, lähinnä korjaamiseen ja vahvistamiseen soveltuvia jännitystekniikoita; esimerkiksi ulkoinen jännittäminen. Tässä kiinteiden tukien välissä oleva betonirakenne jännitetään esimerkiksi hydraulisten tunkkien avulla ja syntynyt rako injektoidaan. Jänteet voidaan sijoittaa myös kokonaan betonirakenteen ulkopuolelle, jonka jälkeen jänteet jännitetään. [37.] Jännityshäviöt Jännevoima pienenee jännittämishetken arvostaan jännityshäviöiden takia. Jännityshäviöt voidaan jakaa välittömästi jännittämisen jälkeen tapahtuviin ja ajasta riippuviin häviöihin. Ajasta riippuvat häviöt ovat samankaltaisia esi- ja jälkijännitetyille rakenteille. Välittömiä häviöitä aiheuttavissa tekijöissä on joitain eroja. [37.] Esijännitetyllä tartuntajännerakenteella välittömiä jännityshäviöitä aiheuttavat: jännepunosten kiinnityslaitteissa tapahtuva liukuma teräksen relaksaatio kiinnityslaitteissa

31 13 betonin elastinen kokoonpuristuminen laukaisun jälkeen jänneterästen lämpötilan nousu, jos betonin kovettumista nopeutetaan lämpökäsittelyllä. [37.] Esijännitetyn tartuntajännerakenteen betonin kimmoinen kokoonpuristuminen pe voidaan laskea kaavasta =, jossa cp on jännevoiman aiheuttama betonin jännitys jänteiden painopisteen kohdalla ja E cj on betonin kimmomoduuli jännittämishetkellä. [16.] Relaksaatiolla tarkoitetaan ajan myötä tapahtuvaa jännityksen häviämistä teräksestä, joka on jännitetty tiettyyn ylläpidettävään vakiovenymään. Esijännitetyssä rakenteessa jännepunoksessa ehtii tapahtua pientä relaksaatiota punoksen ollessa jännitettynä jännitysalustassa ennen jännityksen siirtoa. Tämän relaksaation suuruus voi olla merkittävä korkeissa, yli 40 C:n lämpötiloissa. Korkeat lämpötilat ovat esijännitetyissä elementeissä mahdollisia muottikierron nopeuttamiseksi käytetyn höyrykarkaisun takia. [19.] Myös itse lämpökäsittely lisää jännityshäviöitä [37]. Esijännitetyillä rakenteilla kiinnityslaitteissa tapahtuvan liukuman laskemiselle tai huomioimiselle ei ole esitetty yleisissä ohjeissa ja oppikirjoissa menetelmää. [16; 19; 37] Tätä liukumaa ei tarvitse huomioida laskennassa [35]. Kuvassa 2.6 on esitetty tyypillisen esijännitetyn tartuntajännerakenteen jännityshäviöt. Kuva 2.6. Periaate esijännitetyn tartuntajännerakenteen jännevoiman pienentymisestä ajan funktiona [29; 35, s. 14]. Jälkijännitetyllä ankkurijännerakenteella välittömiä jännityshäviöitä aiheuttavat: ankkurointilaitteessa tapahtuva jännepunoksen liukuma betonin elastinen kokoonpuristuminen, jos useita jänteitä jännitetään peräkkäin jännepunoksen ja suojaputken välinen kitka kaarevalla jänteellä. [37.] Ankkurointiliukumasta ja muista ankkurointikappaleessa esiintyvistä siirtymistä aiheutuva välitön jännityshäviö määritetään jännemenetelmän käyttöselosteessa annettujen tietojen avulla [16]. Liukuman aiheuttaman jännityshäviön laskenta käsitellään tä-

32 14 män kappaleen loppupuolella. Ellei jälkijännitetyissä rakenteissa kaikkia jänteitä jännitetä samaan aikaan, tapahtuu jännityshäviöitä betonin kimmoisen kokoonpuristuminen takia. Jännittämällä punoksia yksitellen myöhemmin jännitettävät jänteet aiheuttavat puristumaa jo jännitettyjen jänteiden kohdalla. Keskimääräinen välitön jännityshäviö pe kimmoisesta kokoonpuristumisesta peräkkäin jännitettyjen jänteiden takia voidaan laskea kaavasta = 1 2, jossa n tarkoittaa jänteiden lukumäärää. [16; 37] Tätä voidaan ehkäistä jännittämällä jänteet ryhmittäin eri vaiheissa ja käyttämällä suurempaa alkujännevoimaa ensimmäiseksi jännitettävissä jänteissä [19; 35]. Kaarevajänteisessä jälkijännitetyssä rakenteessa, syntyy jännityshäviöitä jännepunoksen ja suojaputken välisestä kitkasta. Tämä jännityshäviö px voidaan laskea kaavoista ja = ( ), =, jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: px = jännityksen arvo matkan x päässä jännityksestä p0 x = jänteen pituus aktiiviankkurista tutkittavaan pisteeseen = kitkakerroin jänteen ja suojaputken välillä, joka saadaan jännemenetelmän käyttöselosteesta = jänteen taivutuksien kulmasumma matkalla x, joka on esitetty kuvassa 2.7 = aaltoisuusluku, joka saadaan jännemenetelmän käyttöselosteesta. [16; 37] Kuva 2.7. Kulmasumman laskenta kaarevilla jänteillä [16, s. 20]. Ajasta riippuvia, pitkällä aikavälillä tapahtuvia jännityshäviöitä aiheuttaa esi- ja jälkijännitetyissä rakenteissa seuraavat tekijät: betonin viruma betonin kutistuminen teräksen relaksaatio. [37.]

33 15 Betonin virumisen ja kutistumisen aiheuttama jännityshäviö p,c+s voidaan laskea karkeasti kaavalla , = ( + ), jossa cc on betonin loppuviruma ja cs loppukutistuma. Loppukutistuman ja -viruman laskenta käytiin läpi kappaleessa Viruman ja kutistuman aiheuttamien jännityshäviöiden laskentaan on olemassa myös tarkempia menetelmiä. [37.] Jänneteräksen relaksaatiosta aiheutuva pitkäaikainen jännityshäviö p,rel voidaan laskea kaavasta , =,, (1 2, ), jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: p0 = teräksen jännitys jännittämishetkellä tarkasteltavassa kohdassa p,rel, = jänneteräksen relaksaatio, kun alkujännitys on p0. Suuruudeksi voidaan valita 3 kertaa 1000 h relaksaatiokokeen mukainen arvo. p,c+s = kutistuman ja viruman aiheuttama jännityshäviö, joka laskettiin kaavassa [16.] Näistä saadaan pitkäaikaisten tekijöiden aiheuttama jännityshäviö summaamalla viruman ja kutistuman aiheuttamat häviöt (kaava ) ja relaksaation aiheuttamat häviöt (kaava ). Relaksaation, viruman ja kutistuman aiheuttamat jännityshäviöt voidaan myös laskea tarkemmalla iteratiivisella menetelmällä [37]. Ankkurointiliukuman aiheuttama jännevoiman muutos P aktiiviankkurissa lasketaan tavallisesti kaavoista =, =, = 2, joidenka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: P max = jännitysvoima aktiiviankkurissa P L = P max kitkahäviöt = jännitysvoima passiiviankkurissa L = punoksen pituus p = jännitysvoiman muutos pituusyksikköä kohden = ankkurointiliukuma, joka saadaan käyttöselosteesta A p = jänneterästen tai -punosten poikkileikkausala w = ankkurointiliukuman vaikutuspituus.

34 16 Jännevoima P 0 aktiiviankkurissa lukituksen jälkeen saadaan vähentämällä P max :sta liukuman aiheuttama jännevoiman muutos P. Jos ankkurointiliukuman vaikutuspituus on punoksen pituutta suurempi, vaikutus ulottuu koko palkin matkalle. Todellisuudessa kitkahäviöitä ei ole rakenteen ulkopuolella, joten ankkurointiliukuman vaikutus lasketaan tällöin hieman toisin. Tämän laskennalle on esitelty lähteessä menetelmä. [36.] Liitteen 11A laskelmissa on laskettu esimerkiksi yksi tapaus, jossa w > L. Suuruusluokaltaan jännityshäviöt vaihtelevat tyypillisesti välillä % alkuperäisen jännevoiman arvosta [29]. Koska esijännitetyssä rakenteessa jännevoiman siirto rakenteelle tapahtuu aikaisemmassa vaiheessa kuin jälkijännitetyllä, kimmoisen kokoonpuristumisen, viruman ja kutistuman aiheuttamat jännityshäviöt ovat suurempia esi- kuin jälkijännitetyillä rakenteilla. Tartunnattomilla jänteillä jälkijännitetyssä pilarilaatassa suuruusluokka jännityshäviöille on 15 % kahden kirjallisuudessa esitetyn laskentaesimerkin perusteella [14; 36]. 2.3 Ontelolaatan laskennallinen mitoitus Ontelolaatat ovat Suomessa pitkään yleisesti käytössä olevia tartuntajänteillä esijännitettyjä leikkausraudoittamattomia laattaelementtejä. Ontelolaatat ovat tyyppihyväksyttyjä massatuotteita. Laattojen vakioleveys on 1200 mm, mutta niiden tarkat poikkileikkausmitat vaihtelevat hieman valmistajakohtaisesti. [19.] Kuvassa 2.8 on Parman 400 mm ja 500 mm paksujen ontelolaattojen mittakuvat. Kuva 2.8. Parman 400 mm:n ja 500 mm:n ontelolaattojen mittakuvat [40, s. 7]. Ontelolaattojen betonin suunnittelulujuutena on käytetty yleensä K50-1 K80-1 ja jänneteräksinä punoksia, joiden lujuus on vähintään St 1570/1770. Punosten halkaisijat ovat olleet 9,3 mm tai 12,5 mm. [67.] Tässä kappaleessa käsitellään seuraavat ontelolaattojen mitoituskriteerit: sallitut jännitykset ja halkeilukapasiteetti taivutuskestävyys taivutus-leikkauskestävyys leikkaus-vetokestävyys elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyys taipuma. Laskelmissa voidaan huomioida pintabetonin liittovaikutus, jos elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyys on riittävä. Betoni-betoni liittorakenteen laskentaa on

35 17 käsitelty tarkemmin kuorilaattojen tapauksessa kappaleessa 2.4. Tässä kappaleessa ontelolaatan laskenta on käsitelty muuten ilman liittovaikutusta paitsi leikkausvetomurtokestävyyden sekä elementin ja pintavalun välisen sauman jännityksen laskennassa. Muihin kohtiin voidaan soveltaa kappaleessa 2.4 esitettyjä laskentaperiaatteita. Tarkastelusta on rajattu pois ontelolaatan ja pintavalun kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamat jännitykset käyttörajatilassa sekä yksityiskohtaisemmat asiat kuten pistekuormien ja reikien huomiointi. Pääpaino on olevien rakenteiden laskennassa, jonka takia esimerkiksi ontelolaatan uuman kestävyyttä laukaisuvaiheessa ei ole käsitelty. Tartuntajänteiden ankkurointimurtoa ei ole käsitelty tarkemmin ja punosten koko kapasiteetti on oletettu riittävän hyvin ankkuroiduksi. Ankkurointipituudet on esitetty kappaleessa Taipuma on käsitelty vain halkeilemattomalle poikkileikkaukselle, koska taipumalaskelmat halkeilleelle poikkileikkaukselle jännitetyillä betonirakenteilla ovat monimutkaiset ja taipuma on jännitetyillä rakenteilla harvoin mitoittava tekijä. Jännitettyjen betonirakenteiden halkeamaleveyksien laskenta on käsitelty kappaleessa Sallitut jännitykset ja halkeilun estäminen käyttörajatilassa Ontelolaatoille voidaan käyttää jännitysrajatilassa samoja yleisiä suositeltavia jännitysrajoja laukaisu- ja loppuvaiheessa kuin kappaleen esimerkkipalkille. Koska ontelolaatan neutraaliakseli ei ole korkeussuunnassa laatan keskellä epäsymmetrisyyden takia, ylä- ja alapinnan jännitykset joudutaan laskemaan ylä- ja alapinnan mukaan laskettujen taivutusvastusten W a ja W y avulla taivutusvastuksen W sijaan. Jännitysten laskenta halkeilemattomalle poikkileikkaukselle ja jännitysrajat on esitetty kaavoissa = + 0,6 ; ( = ), = + 1,7, ; ( = ), = = + 0,5, , joissa I on poikkileikkauksen neliömomentti, z a etäisyys neutraaliakselista alareunaan ja z y yläreunaan. Muut merkinnät on selitetty kappaleessa 2.2. Kaavat eivät päde halkeilleelle poikkileikkaukselle. Kaavan vetojännityksen raja voi olla muutakin kuin 0. Rajoituksen lähtökohtana on, että rakenne ei saa halkeilla lopputilanteessa käyttörajatilan kuormilla. [29; 37] Suomen rakentamismääräyskokoelmassa betonin taivutusvetolujuutena on käytetty yleisesti 1,7f ctk. Todellisuudessa taivutusvetolujuus riippuu rakenteen korkeudesta, mutta tässä työssä on käytetty suoraan normin arvoa. [19.] Täten betonirakenne ei halkeile, jos sen jännitys reunassa ei ylitä arvoa 1,7f ctk, ja t :n raja-arvona kaavassa olisi

36 18 perusteltua käyttää myös tätä arvoa. Halkeilukapasiteetin laskennalle on esitetty monia eri muodossa olevia kaavoja, jotka kaikki perustuvat tähän betonin vetokestävyyteen [14, s. 5; 16, s. 66]. Halkeilukapasiteetti on helppo varmistaa ontelolaatalla tarkastamalla, ettei tarkasteltavan pinnan jännitys ylitä taivutusvetokestävyyden arvoa Taivutuskestävyys murtorajatilassa Ontelolaatan ja muidenkin jännitettyjen betonirakenteiden taivutuskestävyyden murtorajatilamitoitus tehdään teräsbetonirakenteen mitoittamista vastaavalla periaatteella. Kuormien ja materiaalien osavarmuuskertoimet saadaan suoraan normeista. Rakenneluokka on ontelolaatoilla aina 1. Kuvassa 2.9 on esitetty periaate tartuntajännepalkin taivutusmitoituksesta, joka soveltuu pääosin sellaisenaan myös ontelolaatalle. [29.] Kuva 2.9. Tartuntajännerakenteen taivutuskestävyyden laskenta murtorajatilassa [29]. Kuvan merkinnät ja muut tämän laskennan kannalta olennaiset merkinnät tarkoittavat seuraavaa: cu = betonin murtopuristuma = 3,5 yleensä ce = lopputilanteen jännevoimaa P vastaava poikkileikkauksen kimmoinen kokoonpuristuma jänteen resultantin kohdalla, joka lasketaan kaavalla pe = lopputilanteen jännevoimaa P vastaava jänneteräksen tai -punoksen venymä, joka lasketaan kaavalla s1 = lisävenymä, jonka arvo iteratiivisessa laskennassa arvataan ensimmäisenä p = ce + pe + s1 = jänteen kokonaisvenymä d = tehollinen korkeus x = jännityksen nollakohdan etäisyys yläpinnasta, joka lasketaan kaavasta y = 0,8*x = puristuspinnan tehollinen korkeus z = sisäinen momenttivarsi A p = jänteen punosten kokonaispinta-ala p = jänteen jännitys, joka saadaan kokonaisvenymän p avulla jännitysmuodonmuutoskuviosta, katso kappale [29.] Alla on esitetty kaavat ce :n, pe :n ja x:n laskemiselle: = ( 1 + ), =, 2.3.6

37 19 =, joissa E c on betonin loppulujuutta vastaava kimmokerroin, A c on poikkileikkauksen pinta-ala, E p on jännepunoksen kimmomoduuli ja e on jännevoiman resultantin etäisyys neutraaliakselista. Kaavoissa on tehty oletus, että tehollinen puristuspinta y ei ulotu ontelolaatan uumiin asti. Jos näin käy, ei puristuspinnan voimaresultanttia N c ja sen sijaintia, voidakaan laskea enää kuvassa esitetyillä kaavoilla suoraan, vaan puristetun pintaalan ja resultantin paikan määrittämisestä tulee työläämpää. Tämä vaikuttaa myös sisäiseen momenttivarteen z. Näiden kaavojen ja kuvan 2.9 avulla voidaan laskea poikkileikkauksen taivutuskestävyys seuraavalla tavalla: 1. Otaksutaan s1 :n arvo, jonka avulla lasketaan x ja p. Tarkistetaan, että tehollinen puristuspinta y ei tule ontelolaatan uumille asti. 2. Määritetään p :n avulla jännitys p jännitys-muodonmuutoskuvasta (kuva 2.2). 3. Saadaan laskettua N c :n ja N p :n arvot. Jos nämä eivät ole yhtä suuria, kokeillaan tasapainotusta uudestaan eri s1 :n arvolla. 4. Kun on saatu iteroitua tasapaino N c = N p, saadaan murtomomentti M Rd laskettua kaavasta = Betonirakenteiden tulee toimia sitkeästi. Täten taivutusmurrossa jänteen lisävenymän s1 pitäisi olla vähintään yhtä paljon kuin jänneteräksen kuvassa 2.2 esitetty jännitys-muodonmuutoskuvaajan venymäraja 1 = 0,9*f pyd /E p. Tästä tosin on epäselvyyttä. [29.] Voisi olla myös perusteltua käyttää tässä jänteen kokonaisvenymää p Taivutus-leikkauskestävyys murtorajatilassa Ontelolaatan taivutus-leikkauskestävyys voidaan laskea betoninormien leikkausraudoittamattoman rakenteen laskentakaavan mukaisesti. Jännittämättömän betonirakenteen leikkauskestävyys lasketaan kaavasta = 0,3 ( ), jossa f ctd on betonin mitoitusvetolujuus, b w ontelolaatan pystykannasten kokonaispaksuus ja d tehollinen korkeus. Poikkileikkauksen paksuudesta riippuva kerroin k ja pituussuuntaisen raudoituksen suhteellinen määrä saadaan kaavoista ja = 1,6 [ ] 1,0, = 0,

38 20 Rakenteen jännittämisen aiheuttama puristusvoima kasvattaa betonirakenteen leikkausvoimakestävyyttä. Tämän takia kaavassa laskettua kestävyysarvoa V c0 voidaan kasvattaa kertomalla se 1 -kertoimella, joka lasketaan kaavasta = 1 + 2, jossa M d on tarkasteltavassa kohdassa esiintyvä taivutusmomentti ja M 0 on nollavenymämomentti, joka yhdessä normaalivoiman N d kanssa aikaansaa jännityksettömän tilan poikkileikkauksen siinä reunassa, johon kuormitus aiheuttaa vetoa. M 0 vaikuttaa samassa poikkileikkauksessa kuin M d. N d on tässä tapauksessa jännevoiman aiheuttama pitkäaikainen edullinen kuorma, joten sen arvo on 0,9*P. [16; 68] Leikkaus-vetokestävyys murtorajatilassa Ontelolaatalla voi tapahtua leikkaus-vetomurto tuen lähellä, kun päävetojännitys uumassa ylittää betonin vetolujuuden. Tämä murtotapa on hauras, joten betonin vetolujuuden mitoitusarvolle on käytettävä lisävarmuuskerrointa 1,2. [68.] Palkkiin tuetulla ontelolaatalla palkin taipuma pitäisi huomioida ontelolaatan leikkauskestävyyttä vähentävänä tekijänä. Tämä on erityisesti tärkeää käytettäessä matalapalkkeja ja teräspalkkeja. Betoninormikortissa 18 asiaa on käsitelty tarkemmin. [8.] Tässä diplomityössä tukipalkin taipumisen vaikutusta ontelolaatan kestävyyteen ei käsitellä, koska pysäköintirakennuksissa tukevat palkit ovat usein esijännitettyjä, joten niillä on yleensä pieni taipuma. Ontelolaatan leikkaus-vetokestävyys on usein, varsinkin aikaisemmin, määritelty kokeellisesti. Asiaa voidaan lähestyä myös laskennallisesti. Liittopoikkileikkauksella ontelolaatan uuman leikkausjännityksen mitoitusehto saadaan kaavasta = + =, jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: I, S = ontelolaatan neliömomentti ja staattinen momentti b w = ontelolaatan uumien yhteenlaskettu kokonaisleveys kapeimmassa kohdassa I o, S o = liittopoikkileikkauksen neliömomentti ja staattinen momentti V Id = leikkausvoiman mitoitusarvo ontelolaatan ja pintabetonin painosta V IId = leikkausvoiman mitoitusarvo pintabetonin kovettumisen jälkeen tulevista kuormista f ctd = betonin mitoitusvetolujuus, joka on jaettu vielä lisävarmuuskertoimella 1,2 eli = f ctk /(1,2*1,35) cp = betonin jännitys neutraaliakselilla esijännityksestä (< 0) = pienennyskerroin, joka huomioi, että kriittisessä kohdassa esijännitys ei ole vielä täysin kehittynyt. [68.]

39 21 Tartuntajännerakenteella tartunta ei ole vielä kokonaan kehittynyt tarkasteltavassa kohdassa. Kerroin kuvaa tätä. Jos esimerkiksi ankkurointipituus on 800 mm ja tarkasteltava kohta on 400 mm:n päässä ontelolaatan punoksen päästä, on 0,5. Kriittisenä kohtana leikkaus-vetomurron suhteen käytetään etäisyyttä h/2 tuen reunasta, jossa h on laatan korkeus [68]. Jos ontelolaatta ei toimi liittorakenteena lopputilanteessa, kaava yksinkertaistuu muotoon, jossa d :n jälkimmäinen termi katoaa ja V Id korvataan kaikkien kuormien aiheuttamalla leikkausvoimalla V d Elementin ja pintavalun välinen sauma murtorajatilassa Ontelolaatan ja pintavalun välisen sauman kestävyys tarkastellaan murtorajatilassa. Saumaraudoittamattoman rakenteen työsauman leikkauskestävyys v Rd voidaan laskea kaavalla =, jonka 2 -kertoimen arvo riippuu sauman karheudesta. Esimerkiksi karhealla saumalla 2 -kertoimen arvo on 0,3. Saumatyyppien määritellyt ja 2 -kertoimien arvot on esitetty by 50 Betoninormit kirjassa. [16.] Betonin vetolujuuden arvo otetaan heikomman betonipinnan mukaan. Koska kyseessä on sauman kohdalla raudoittamaton betoni, pitää f ctd :n arvo laskea raudoittamattoman betonin osavarmuuskertoimen avulla. Sauman kestävyyden laskenta on käsitelty yleisemmin kuorilaatan yhteydessä kappaleessa Ontelolaatan ja pintavalun muodostaman liittorakenteen leikkausjännityksen v d arvo saumassa lasketaan kaavasta =,, jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: V IId = leikkausvoiman mitoitusarvo, joka sisältää vain pintabetonin kovettumisen jälkeen tulevat kuormat S o,2 = pintabetonin staattinen momentti liittolaatan painopisteakselin suhteen I o = liittolaatan neliömomentti b t = sauman leveys laatan poikkisuunnassa, joka on ontelolaatalla tavallisesti noin 1200 mm. [68.] Taipuma käyttörajatilassa Ontelolaatan taipuma saadaan laskemalla kuormitusmuutosajankohtien taipumat ja summaamalla ne yhteen. Ontelolaatalla, jossa pintavalun liittovaikutusta ei huomioida, seuraavat kuormitusajankohdat on hyvä huomioida erikseen: laukaisuvaihe (noin yksi vuorokausi valusta), jossa jännevoima aiheuttaa taipuman ylöspäin ja laatan omapaino aiheuttaa taipuman alaspäin

40 22 asentamisvaihe, jossa pintarakenteiden paino aiheuttaa taipumaa lopullinen tilanne, jossa laattaa rasittaa hyötykuorma ja viruminen on tapahtunut laskennallisesti loppuun asti. [29.] Taipuma-arvot ovat jännitetyillä betonirakenteilla yleensä pieniä [29]. Lopputaipuman rajana käytetään betonirakenteilla tavallisesti L/250, jossa L on rakenteen jänneväli, jos taipumasta ei ole rakenteille haittaa [16]. Betonin taipuma-arvot eri kuormitusajankohdissa lasketaan käyttäen käyttörajatilan kuormia. Taivutusjäykkyyttä EI laskettaessa käytetään betonin kimmomoduulina kyseistä ajankohtaa vastaavaa arvoa huomioiden betonin viruma pitkäaikaiskuormien osuudelta ja lujuuskehityksen vaihe. Kimmomoduulin määritys ja viruma on käsitelty kappaleessa 2.1. Tämä laskentatapa käy vain halkeilemattomalle poikkileikkaukselle. Halkeilleen jännebetonirakenteen taipuman laskeminen on työlästä ja erittäin harvoin tarpeellista, joten asiaa ei käsitellä tässä työssä tarkemmin. [29; 37] 2.4 Kuorilaatan laskennallinen mitoitus Kuorilaatat ovat tartuntajänteillä yhteen suuntaan esijännitettyjä umpilaattaelementtejä, joita käytetään yleensä betoni-betoniliittorakenteena päälle tehtävän pintavalun kanssa. Kuorilaattojen tavallinen leveys on 1200 mm ja paksuus mm. Pintavalun paksuus on vähintään 70 mm. Vuoden 2012 mitoitusohjeissa kuorilaatan ja pintavalun minimipaksuudeksi on ilmoitettu 100 mm. Kuorilaattojen paksuusmerkinnät ovat normaalisti muotoa: laattaelementin paksuus/laattarakenteen kokonaispaksuus. Esimerkiksi KL120/200 tarkoittaa rakennetta, jossa kuorilaatan paksuus on 120 mm ja pintavalun 80 mm. Kuorilaatat toimivat rakennusaikana valumuottina. Tällöin voidaan käyttää asennusaikaisia tukia, mutta myös tukematon rakennustapa on mahdollinen. [18; 19] Kuorilaatat suunnitellaan yleensä yksiaukkoisiksi, mutta niistä voidaan tehdä myös jatkuvia pintabetonin riittävällä tukiraudoituksella. Jatkuvalla rakenteella tukimomentti lasketaan käyttämällä yläpinnasta halkeilleen poikkileikkauksen jäykkyyttä. Yksiaukkoisillakin laatoilla tuille asennetaan ankkurointiraudoitus, joka estää halkeilua. [67.] Pintavalun ja kuorilaatan yhteistoiminta varmistetaan käyttämällä profiloituja kuorilaattoja tai ansaslenkkejä. Vuoden 2012 ohjeiden mukaan nykyään profiloitujen laattaelementtien käytöstä on pääosin luovuttu. Nykyohjeiden mukaan merkintä KL tarkoittaa ansaallista ja LL pituussuuntaan profiloitua elementtiä. [18, s. 260] Toisaalta valmistajien vanhat ja nykyisetkään ohjeet eivät ohjaa käyttämään tätä tyyppimerkintää. Partekin 1993-vuoden ohjeissa ansastuksesta ja sen vaikutuksesta mitoituskäyrästöihin ei ole mitään mainintaa. Parman nykyiset ohjeet käyttävät KL-merkintää yleisesti kuorilaatoista. Lujabetoni käyttää taas merkintää KLU ansaattomalle kuorilaatalle. [26; 32; 39] Tässä kappaleessa käsitellään seuraavat kuorilaattoihin liittyvät asiat: sallitut jännitykset, rakentamisrajatila ja halkeilukapasiteetti taivutusmurto leikkausmurto elementin ja pintavalun välinen sauma

41 23 taipuma. Monet kuorilaatan laskentakaavat ja -periaatteet ovat vastaavia kuin aiemmin käsitellyllä ontelolaatalla (katso kappale 2.3). Tässä kappaleessa käsitellään vain asiat, joissa kuorilaatan mitoitus eroaa aiemmin käsitellyistä asioista. Kuorilaattaa tarkastellaan kuorilaattaelementin ja pintavalun muodostamana liittorakenteena. Laskennasta ulos rajatut asiat ovat vastaavia kuin ontelolaattojen tapauksessa eli ankkurointia, eri betonirakenteiden välisiä kutistuma- ja virumaeroja sekä reikien ja muiden erikoiskohtien suunnittelua ja laskentaa ei tarkastella. Myös työnaikaisten tukien poistamisesta aiheutuvat jännitykset jätetään tarkastelematta. Pääpaino on olevien rakenteiden laskennallisessa analyysissa. Pintabetonin raudoitusta ja sen suunnittelua ei käsitellä tarkemmin Sallitut jännitykset, rakentamisrajatila ja halkeilun estäminen käyttörajatilassa Kuorilaatan jännitykset tarkistetaan käyttörajatilassa kolmessa eri vaiheessa: laukaisuvaiheessa, rakentamisvaiheessa ja lopputilanteessa. Laukaisuvaiheen tilanne on vastaava kuin muillakin esijännitetyillä betonielementeillä. Rakentamisvaiheessa kuorilaatta on asennettu paikalleen ja sitä kuormittaa pintavalun omapaino. Rakentamisvaiheessa voi myös olla työnaikaisia tukia käytössä. Lopullisessa tilanteessa rakennetta rasittaa hyötykuorma, pintavalu on kovettunut ja rakenne toimii betoni-betoniliittorakenteena. Kuvassa 2.10 on esitetty periaate erään 1-aukkoisen kuorilaattarakenteen poikkileikkauksen jännitysten jakautumisesta eri vaiheissa. Kuva Kuorilaatan jännitysten jakautumisen periaate eri vaiheissa.

42 24 Kuvassa tilannetta on yksinkertaistettu olettamalla, että rakentamisvaiheessa kaikki pitkäaikaisetkin jännityshäviöt ovat päässeet jo tapahtumaan. Myöskään kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamia jännityksiä ei ole huomioitu. Liittopoikkileikkauksen neutraaliakselin paikka z 0 koko rakenteen alareunasta mitattuna voidaan laskea kaavasta = ( ), ( ) jossa m on eri osien määrä, E i on osan kimmomoduuli ja z i osan pintakeskiön etäisyys koko rakenteen alareunasta [68]. Laukaisuvaiheen ja lopputilanteen suositeltavat jännitysrajat ovat samoja kuin ontelolaatoilla; katso rajat kaavoista Myös lopputilanteen halkeilukapasiteettia voidaan lähestyä samalla tavalla kuin ontelolaatalla eli pitää halkeamien muodostumisrajana 1,7f ctk. Rakentamisvaiheessa pintavalun omanpainon kuorilaatalle aiheuttamat puristus- ja vetojännitykset c ja t on rajattu Valmisosarakentaminen II osa I: Liittorakenteet - kirjassa kaavojen ja mukaisiin arvoihin:, 2.4.2, joissa f cd on betonin puristuslujuuden mitoitusarvo ja f ctf taivutusvetolujuus. Taivutusvetolujuus voidaan lähteen mukaan laskea kaavasta = (1,85 ), jossa h on kuorilaatan paksuus metreissä. [68.] Kaava on outo, koska 850 mm ohuemmilla kuorilaatoilla tulos olisi aina f ctk ja kuorilaattoja ei yleensä valmisteta 150 mm paksumpina. Kaavassa olisi enemmän järkeä, jos kaavassa on tapahtunut painovirhe ja ylärajan pitäisi olla 1,7f ctk. Asiaa ei pohdita tässä työssä tarkemmin, koska olevan rakenteen laskennan kannalta ei ole väliä, mitä jännitysrajaa rakentamisvaiheessa on käytetty Taivutuskestävyys murtorajatilassa Betoni-betoniliittorakenteen taivutuskestävyys murtorajatilassa lasketaan otaksumalla, että rakenne on plastisoitunut siinä määrin, että rakenne olisi alusta saakka yhtä rakennetta. Tätä on havainnollistettu kuvassa [68.] Kuva Betoni-betoniliittolaatan betonin jännitys murtorajatilassa [68, s. 10].

43 25 Ontelolaatan yhteydessä kappaleessa esitetty jännebetonipalkin momenttikestävyyden iteratiivinen laskenta soveltuu periaatteeltaan myös kuorilaatalle, kunhan betonin puristusresultantti ja sen sijainti lasketaan kuvan 2.11 mukaisesti ja eri betoniosien lujuudet huomioidaan. Materiaalien varmuuskertoimet valitaan alemman rakenneluokan mukaan. Jos esimerkiksi pintavalu suunnitellaan rakenneluokkaan 2 ja kuorilaattaelementti luokkaan 1, koko liittorakennetta tarkastellaan rakenneluokassa 2. [68.] Leikkauskestävyys murtorajatilassa Kuorilaatan leikkauskestävyys lasketaan lähes vastaavasti kuin ontelolaatan taivutusleikkauskestävyys kappaleessa Kaavoissa käytetään valmiille kuorilaatalle liittorakenteen tehollista korkeutta d, joka saadaan kaavasta = +, jossa d on kuorilaatan tehollinen korkeus ja t pintavalun paksuus. Leveytenä b w käytetään kuorilaatan leveyttä b ja betonin mitoitusvetolujuutena f ctd pintavalun lujuuden ja rakenneluokan mukaan laskettua lujuusarvoa. [68.] Nollavenymämomenttia laskettaessa ajatellaan, että jännevoima kohdistuu valmiiseen liittopoikkileikkaukseen. Lisäksi pelkän kuorilaatan leikkauskestävyys tulisi tarkistaa rakentamisvaiheessa Elementin ja pintavalun välinen sauma murtorajatilassa Käsitellään tässä ansaallisen kuorilaatan sauman kestävyys. Profiloitua saumaa ei käsitellä. Kuorilaatan ja pintavalun välinen sauma mitoitetaan murtorajatilassa kaikkien omien painojen ja hyötykuorman aiheuttamalle leikkausvoimalle V d, jonka aiheuttama leikkausvuo v d saadaan kaavasta =, jossa b t on sauman leveys ja d liittorakenteen tehollinen kokonaiskorkeus. Sauman leikkausjännityskestävyys v Rd lasketaan betoninormien mukaan kaavasta = +, jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: = A sv /(s*b) = kohtisuoraan työsauman läpi menevä suhteellinen teräsmäärä. Jos < 0,0012, poikkileikkaus tulkitaan raudoittamattomaksi eikä teräksestä saatavaa hyötyä huomioida. f yd = raudoituksen mitoituslujuus f ctd = betonin vetolujuuden mitoitusarvo heikomman betonin mukaan laskettuna 1 ja 2 ovat kertoimia, jotka saadaan taulukosta 2.7. [16; 68]

44 26 Taulukko ja 2 -kertoimet [16, s. 43]. Työsauma 1 2 pesty karhea sileä 0,15 % 0,5 % 0,15 % 0,5 % 0,15 % 0,5 % 0,8 0,9 0,6 0,9 0,4 0,4 0,6 0,6 0,3 0,3 0,2 0,2 Väliarvot voidaan interpoloida taulukosta suoraviivaisesti. Sauman tyypin määritelmät löytyvät by 50 Betoninormit kirjasta. [16.] Ansaallisissa kuorilaatoissa käytetään vähintään neljää ansasta kuorilaattaa kohti. Tartuntateräkset toimivat myös elementin nostolenkkinä. Yleensä sauman leikkauslujuus on laskennallisesti riittävä tasaisella kuormalla ilman ansaitakin. [68.] Taipuma käyttörajatilassa Kuorilaatan halkeilemattoman poikkileikkauksen taipuma lasketaan vastaavasti kuin ontelolaatan tapauksessa summaamalla eri vaiheiden taipumat, mikä käsiteltiin kappaleessa Erona taipuman laskemisessa on se, että kuorilaatta käsitellään lopputilanteessa liittorakenteena. Liittopoikkileikkauksen taivutusjäykkyys (EI) o voidaan laskea kaavasta ( ) = + ( ), jossa E i, I i ja A i ovat osapoikkileikkausten arvoja, z i osan pintakeskiön etäisyys alareunasta ja z 0 neutraaliakselin sijainti alareunasta, joka lasketaan kaavasta Rakentamisvaiheessa taipuma ei saa ylittää arvoa L t /500, kun L t on työnaikaisten tukien väli. [68.] Ellei tarkempia vaatimuksia aseteta, lopputilanteessa taipumarajana voidaan käyttää samaa kuin normaalisti eli L/250, jos taipumasta ei ole rakenteelle haittaa. 2.5 Jännitetyn betonirakenteen halkeilu Jännitetyt betonirakenteet suunnitellaan tavallisesti halkeilemattomiksi, mutta niille voidaan myös sallia halkeilua, jolloin halkeamaleveydet on rajoitettu. Betonirakenne halkeilee, kun betonin vetolujuus ylittyy. Halkeaman ominaisleveyden laskemiselle on kehitetty eri maissa useita kymmeniä lausekkeita, joissa esiintyy aina empiirisiä parametrejä [19]. Tässä käydään aluksi läpi Suomen rakentamismääräyskokoelman mukainen halkeamaleveyden laskenta. Laskenta perustuu teräksessä tapahtuvaan venymään. Jännebetonirakenteilla jännepunosten tai -terästen venymä lasketaan hieman erilailla kuin teräsbetonirakenteilla, joten sitä käsitellään tarkemmin omassa kappaleessaan.

45 Halkeamaleveyden laskenta Suomen betoninormeissa Halkeaman ominaisleveys w k voidaan laskea teräsbetoni- ja jännebetonirakenteilla kaavasta = (3,5 + ), jonka merkinnät tarkoittavat seuraavaa: s (tai p ) = raudoituksen tai punosten/jänneterästen venymä käyttötilassa; arvon laskenta jännepunoksille käsitellään kappaleessa c min = pääraudoituksen betonipeitteen vähimmäisarvo eli yleensä nimellinen peitepaksuus - 10 mm k w = kerroin, joka on punoksilla 0,13 ja tavallisilla betoniteräksillä 0,085 Ø = keskimääräinen tangon tai jänteen halkaisija r = A s /A ce ; merkinnät on selitetty alla A s (tai A p ) = raudoituksen tai punosten/jänneterästen pinta-ala; ankkurijänteitä ei tavallisesti huomioida tämän pinta-alan laskennassa A ce = pinta-ala, johon lasketaan mukaan se vetovyöhykkeen pinta-ala, jota rajoittavat suorat matkan 7,5*Ø päässä yksittäisen tangon tai jänteen keskipisteestä. Pinta-alan määrittämistä on havainnollistettu kuvassa [16.] Kuva Pinta-alan A ce laskeminen [16, s. 70]. Kaava soveltuu tilanteeseen, jossa halkeilua on rajoittamassa joko betoniteräkset tai jänneteräkset. Kaava ei sovellu tilanteisiin, jossa käytetään laskennallisesti molempia samanaikaisesti. [37.] Kaavan jälkimmäinen suluissa oleva empiirinen suluissa oleva osa kuvaa halkeamaväliä [19].

46 Jännepunosten venymä Käsitellään tässä kappaleessa lyhyesti jännepunoksen tai -teräksen venymän p määritys, mitä tarvitaan halkeamaleveyden laskentaan. Kun pysytään kimmoisalla alueella, mikä on tilanne yleensä käyttörajatilan kuormituksilla, venymä voidaan määritellä ainakin kahdella eri menetelmällä. Betoninormien pohjalta on johdettu laskentatapa venymän laskemiselle [16; 19]. Lisäksi Jännebetonirakenteiden mekaniikka ja mitoitus -kirjassa on käsitelty tarkempi iteratiivinen menetelmä venymän laskennalle T- ja suorakaidepoikkileikkaukselle siten, että poikkileikkauksessa on jänneteräksiä tai -punoksia, vetoteräksiä ja puristusteräksiä [37]. Näitä menetelmiä ei käsitellä tässä työssä tarkemmin, koska työn laskelmissa ollaan kiinnostuneita halkeamaleveyksien laskennasta vain lähellä taivutusmurtoa vastaavilla kuormilla. Edellä mainitut laskentamenetelmät eivät käy, kun halutaan määrittää punoksen venymä lähellä taivutusmurtoa vastaavilla kuormilla, jossa poikkileikkaus on jo plastisoitunut. Tällöin punoksen venymä voidaan ottaa murtokestävyyden kaavoista, jotka käsiteltiin kappaleessa 2.3.2, ja käytetään materiaalien ominaisarvoja. On tosin tulkinnanvaraista, onko halkeamaleveyden laskennassa parempi käyttää punoksen lisävenymää s1 vai kokonaisvenymää p. 2.6 Jälkijännitetyn palkkivahvennetun pilarilaatan mitoitustarkastelut Tässä kappaleessa käsitellään jälkijännitettyihin jatkuviin ankkurijännerakenteisiin palkkivahvistettuihin pilarilaattoihin liittyvät mitoitustarkastelut, joita ei ole käsitelty kappaleissa Lähtökohtana on pysäköintirakennuksissa usein käytetty rakennejärjestelmä, jossa on tartunnattomilla jänteillä jälkijännitetyt laattapalkkina toimivat palkkikaistat ja ristiin jännitetty laatta. Kaarevalla jänteellä jännevoimalla on vaakasuora ja pystysuora komponentti. Lisäksi staattisesti määräämättömillä jännitetyillä rakenteilla, kuten jatkuvilla palkeilla, jännevoimasta aiheutuu pakkomomentti, jota kutsutaan myös sekundäärimomentiksi. Pakkomomentti johtuu siitä, kun ylimääräinen tukiehto estää jännevoiman aiheuttaman kiertymän tai siirtymän tapahtumisen. Staattisesti määrätyillä rakenteilla jännevoiman aiheuttamaa pakkomomenttia ei esiinny. [19.] Tässä työssä käsitellään jatkuvan kaarevajänteisen rakenteen analysointi käyttämällä ekvivalenttia ulkoista kuormitusta eli kuorman tasapainottamista. Taivutuskestävyyden laskenta murtorajatilassa eroaa tartunnattomilla jänteillä siinä, että toisin kuin tartunnallisilla jänteillä, tartunnattomilla jänteillä kuormituksen aiheuttama lisävenymä jakautuu koko punoksen matkalle. Tartunnattomien jänteiden lisäksi poikkileikkauksessa on yleensä myös tartunnallisia betoniteräksiä, jotka huomioidaan laskennassa. Leikkausmitoitus murtorajatilassa ei oleellisesti eroa tavallisesta leikkausraudoitetun tai -raudoittamattoman rakenteen mitoituksesta. Suositeltavat sallitut jännitykset ovat vastaavia kuin aiemmin esitetyt. [14.]

47 29 Tässä kappaleessa käsitellään ensin kuorman tasapainotus ja pakkomomentin huomiointi jatkuvilla kaarevajänteisillä rakenteilla. Seuraavaksi käsitellään tartunnattoman jänteen lisävenymän määritys ja taivutusmitoitus murtorajatilassa tartunnattomilla jänteillä. Lopuksi käydään läpi käyttörajatilan tarkastelut rasvapunoksilla jälkijännitetyllä palkkikaistalla. Betonin paikallinen puristuskestävyys ankkuriosien kohdalla on tarkastettava ankkurijännerakennetta suunniteltaessa, mutta asiaa ei käsitellä tässä työssä, koska analysoidaan jo olevaa rakennetta Kuorman tasapainotus kaarevajänteisillä rakenteilla Kaarevajänteistä jatkuvaa rakennetta on helppo tarkastella muuttamalla jännevoiman aiheuttamat momentit ekvivalenteiksi ulkoisiksi kuormituksiksi, jotka voivat olla pistekuormia, tasaisia kuormia tai rakenteen päissä vaikuttavia momentteja [19]. Tämän jälkeen rakenteelle tulevien rasitusten laskennassa ekvivalentin kuormituksen vaikutus summataan ulkoisten kuormien aiheuttamiin rasituksiin. Tätä kutsutaan kuorman tasapainottamiseksi. Jännevoimien aiheuttaman kuormituksen suunta on tavallisesti päinvastainen kuin ulkoisen kuorman, jolloin murtorajatilassa on käytettävä pysyvän edullisen kuorman varmuuskerrointa 0,9. Menetelmä huomioi suoraan staattisesti määräämättömällä rakenteella pakkomomentin vaikutuksen. [23.] Käydään tässä läpi kuorman tasapainotus kaksiaukkoiselle paraabelijänteiselle palkille. Tarkasteltavan palkin jänteen todellisen kulkureitin periaatekuva on kuvassa Kuva Tarkasteltavan esimerkkipalkin jänteen kulun periaatekuva. Jänteen kaarevuutta on liioiteltu kuvassa. Kun jänteen ja palkin pituusakselin välinen kulma on riittävän pieni (alle 10 ), saadaan paraabelin muotoisen jänneosuuden ohjausvoima w p laskettua kaavasta = 8, jossa P on jännevoima, L on jänneväli (paraabelin leveys) ja f on paraabelin nuolikorkeus, joka saadaan kaavasta = + 2, jossa olevat merkinnät selviävät kuvasta Epäkeskisyyksissä on huomioitava oikea etumerkki. [23.]

48 30 Kuva Nuolikorkeuden määritys [23]. Rakenteen päissä jänteet pyritään yleensä ankkuroimaan rakenteen neutraaliakselille tai symmetrisesti neutraaliakselin suhteen lyhyellä osaparaabelin kaarella. Välituilla jänne käännetään lyhyen paraabelin avulla. Lyhyiden paraabelien alueet saadaan ratkaistua riittävällä tarkkuudella käyttämällä laskentaan paraabelin sijaan ympyrän kaarta. Tässä työssä jänteen kulkua yksinkertaistetaan laskentaa varten jättämällä väli ja päätytukien punoskulun pyöristykset huomioimatta. Tämän yksinkertaistuksen vaikutus tasapainottavaan ohjausvoimaan on niin vähäinen, ettei sillä ole käytännön sovelluksissa vaikutusta [28., katso 23]. Kuvassa 2.15 on periaate laskennassa käytettävästä jänteen kulusta. Kuva Laskennassa käytettävä yksinkertaistettu jännekulku. Tämän yksinkertaistuksen avulla palkille saadaan laskettua tasainen korvausvoima, jonka suunta on ylöspäin. Kuorman tasapainottamisen jälkeen rakenne voidaan analysoida normaalina jännittämättömänä, mutta halkeilemattomana, teräsbetonirakenteena, johon vaikuttaa alkuperäinen kuormitus, josta on vähennetty ohjausvoimat, sekä jännevoimasta aiheutuva puristava normaalivoima [23]. Kaarevan jänteen ja pakkomomentin aiheuttamia rasituksia ei käsitellä tässä työssä tarkemmin. Eri laskentamenetelmiä on jo kaksiaukkoisellekin palkille useita ja laskenta muuttuu, jos tehdään vähemmän yksinkertaistuksia [23; 35] Tartunnattoman jänteen lisävenymä Käsitellään tässä taivutusmitoitusta varten tartunnattoman jänteen lisävenymän laskeminen. Koska tartunnaton jänne pääsee liukumaan rakennetta kuormitettaessa suhteessa betoniin ja jänteen lisävenymä jakautuu tasaisesti koko rakenteelle, punoksen venymää ei voida määritellä samoin kuin tartuntajänteillä kappaleessa Suomessa käytössä olleen by 27 -kirjaan pohjautuvan ohjeistuksen mukaan taivutuskapasiteettia määritettäessä kentässä jänteen keskellä tai jatkuvan rakenteen tuella jänteen pituuden lisäys L voidaan laskea ilman tarkempia selvityksiä kaavasta = 0,05, 2.6.3

49 31 jossa d on poikkileikkauksen tehollinen korkeus. Pituudenmuutoksen aiheuttama jännityslisäys p lasketaan kentässä kaavalla ja tuella kaavalla =, = ( + ), jossa L a on ankkureiden välimatka, E p jänneteräksen kimmomoduuli ja L 1 ja L 2 ovat jänteen pituuden muutoksia tuen viereisissä kentissä. Lisäksi on tarkastettava, että kaavan ehto toteutuu: +, jossa f pyd on jänneteräksen laskentalujuus ja p on jänneteräksen jännitys tarkasteltavalla hetkellä. [14.] Kaavoilla laskettaessa voidaan päätyä melko suuriinkin jännityslisäyksiin. Amerikkalaisessa käytännössä jännityslisäyksen p arvo on rajattu maksimissaan arvoon 100 MPa [19]. Eurokoodissa jännityslisäyksen maksimiarvoksi on suositeltu 100 MPa; Suomen kansallisen liitteen mukaan 50 MPa [57; 59]. Täten jännityslisäys on järkevää rajata maksimissaan esimerkiksi arvoon 100 MPa Taivutuskestävyyden määritys tartunnattomilla jänteillä yleisesti Tartunnattomia jänteitä käytettäessä taivutuskestävyyden M Rd laskenta yksinkertaistuu, koska punosten venymää ei tarvitse ratkaista iteroimalla. Tässä kuvattuja kaavoja ei voida suoraan käyttää, jos kuormitus on laskettu kuorman tasapainottamisen avulla, koska tällöin jännevoiman vaikutus tulee huomioitua kahteen kertaan. Tartunnattomia jänteitä ja betoniteräksiä sisältävän poikkileikkauksen taivutuskestävyys määritellään kuvan 2.16 perusteella voimatasapainoehdosta. Kuva Periaatekuva voimatasapainoyhtälön määritystä varten [35]. Tartunnattomia jänteitä käytettäessä tavallisesti suunniteltu rakenne murtuu ennen kuin punokset alkava myötää eli niiden jännitys saavuttaa rajan f pyd (katso kaava 2.6.6).

50 32 Murtotilanteessa poikkileikkauksen puristuspuolella on siis saavutettu betonin puristuslujuus f cd ja vetopuolen betoniteräkset myötäävät eli niiden jännitys on f yd. Näiden oletusten avulla saadaan taivutuskestävyys ratkaistua kuvasta 2.16 ja kaavoista = +, = ( + ), =, =, = +, joiden aiemmin määrittelemättömät merkinnät tarkoittavat seuraavaa: p, p, A p = yhden jännepunoksen jännitys, jännityslisäys ja poikkipinta-ala n p = punosten määrä A s = betoniterästen kokonaispinta-ala. [35; 36] Taivutuskestävyyden määritys käytettäessä kuorman tasapainotusta Kun kaarevajänteistä rakennetta analysoidaan kappaleessa käsitellyllä kuorman tasapainotuksella, taivutuskestävyyden määritys tehdään hieman eri tavalla kuin kappaleessa 2.6.3, jotta jännepunosten positiivinen vaikutus ei tule huomioiduksi kahteen kertaan. Mitoitusmomentti lasketaan summaamalla ulkoisten kuormien ja ohjausvoiman vaikutukset yhteen. Momenttikapasiteetti määritetään tällöin kuvan 2.17 avulla. Kuva Momenttikestävyyden määritys, kun käytetään kuorman tasapainottamista [23]. Momenttikestävyys lasketaan nyt kaavasta =,, =,

51 33 jossa N c, N p ja z s sekä y ovat vastaavia kuin kappaleen kaavoissa Mitta e on jännevoiman etäisyys neutraaliakselista tarkasteltavassa kohdassa. [23.] Käyttörajatila tartunnattomilla ankkurijännerakenteilla Käyttörajatilassa tarkistetaan halkeilukapasiteetti ja taipuma. Halkeilukapasiteetti voidaan määrittää vastaavasti kuin aiemmin on todettu eli poikkileikkaus voidaan olettaa halkeilemattomaksi, jos vetojännitys reunassa ei ylitä arvoa 1,7f ctk. Jos rakenne halkeilee, halkeamaleveyden laskennassa huomioidaan vain tartunnalliset betoniteräkset. [14.] Moniaukkoisen jännebetonirakenteen taipuman laskenta on työlästä ja harvoin tarpeellista, joten sitä on hyvä välttää, jos mahdollista. Halkeilemattomien rakenteiden taipumaa ei tarvitse tarkistaa, jos taipumaraja on L/250 ja rakennekorkeus h täyttää suurimman momentin kohdalla täyttää kaavan ehdon, jossa L on jänneväli ja on rakennetyypistä riippuva kerroin, joka saadaan taulukosta 2.8. [16.] Taulukko 2.8. Kertoimen määritys [16]. Rakennetyyppi Uloke Vapaasti tuettu Jatkuva -reunakenttä -keskikenttä by 27 -kirjan mukaan laatan taipumaa ei tarvitse tarkastaa L/250 taipumavaatimuksella, jos poikkileikkaus ei halkeile ja laatan paksuus h on vähintään: L/42 tasapaksulla välipohjalla L/35 pilarikaistan alueella, jos laatta ei ole tasapaksu. [14.] On epäselvää, tarkoitetaanko ohjeissa laatalla myös palkkikaistaa ja soveltuuko pilarikaistan alueen ohje palkkikaistalle. Palkkikaistan tapauksessa on turvallisempi käyttää kaavan ehtoa minimipaksuudelle. 2.7 Betonirakenteiden rasitus- ja ympäristöluokat Suomessa betonirakenteiden säilyvyys- ja käyttöikäsuunnittelu on vanhastaan perustunut ympäristöluokkiin rakentamismääräyskokoelman B4-osassa otettiin mukaan eurooppalaisen betonistandardin SFS-EN mukainen käyttöikäsuunnittelu, mikä toi mukanaan rasitusluokat ja normitasolle käyttöikäsuunnittelun vuodelle [17, s. 5].

52 34 Tässä kappaleessa käydään läpi aiemmin käytössä olleet ympäristöluokat ja nykyiset rasitusluokat. Varsinaista käyttöikäsuunnittelua, betonin peitepaksuuden ja sallittujen halkeamaleveyksien määrittämistä ei käydä läpi, koska niihin löytyy ohjeet esimerkiksi by 15 Betoninormit 2000 ja by 50 Betoninormit kirjoista [13; 16]. Lopuksi käsitellään kloridien vaikutus betoniin. Muita rasitus- ja ympäristöluokkien taustalla olevia betonin turmeltumisilmiöitä, kuten karbonatisoitumista, ei käydä läpi. Niiden otaksutaan olevan lukijalle ennestään tuttuja Vanhat ympäristöluokat Tässä käsiteltävät rakentamismääräyskokoelmassa olleet ympäristöluokat Y1 Y3 ovat olleet käytössä jo ennen 1990-lukua. Suomen Betoniyhdistys julkaisi vuonna 1992 by 32 Betonirakenteiden säilyvyysohjeet ja käyttöikämitoitus -kirjan, jossa on määritelty yksityiskohtaisemmat ympäristöluokat E1 E4 ja tarkemmat ohjeet. Taulukossa 2.9 on by 32:n mukaiset ympäristöluokkamääritykset. [15.] Taulukko 2.9. Betonirakenteiden vanhat ympäristöluokat [15, s. 4]. Luokitus RakMK B4 by 32 Helpot olosuhteet Y3 Tavalliset olosuhteet, ei suolarasitusta Y2 Vaikeat olosuhteet, suolarasitus Y1 Olosuhteiden yleiskuvaus E1 olosuhteet, joissa suhteellinen kosteus (RH) on yleensä alle 80 % makean veden alaiset rakenteet esimerkiksi asuin- ja toimistorakennusten sisätilat E2a rakenteet märässä ilmastossa (RH > 80 %), jossa ei ole pakkasrasitusta sellaisten rakennusten sisätilat, joissa suhteellinen kosteus on korkea, yli 80 % E2b pakkasrasitus rakenteet, jotka ovat makean veden ja pakkasrasituksen alaisia rakenteet, joihin kohdistuu pakkasrasitus kosteissa olosuhteissa, esimerkiksi julkisivut maan ympäröimät rakenteet selvän pakkasrasituksen alaisina, esimerkiksi peruspilarit ulkorakenteet, esimerkiksi parvekkeet, suolaamattomat ulkoportaat, muurit, sokkelit E2c perustukset yleensä (ei aggressiivisessa ympäristössä, taulukko 3.2 (* ) E3a meriveden vaikutuksen alaiset rakenteet vedenpinnan alapuolella ei pakkasrasitusta E3b pakkasrasitus kuten E3a, lisäksi pakkasrasitus esimerkiksi meriolosuhteissa olevien siltojen vesirajassa ja sen yläpuolella olevat rakenteet, voimakkaasti tiesuolan vaikutuksen alaiset rakenteet kuten siltojen reunapalkit ja kylmät paikoitustalot E4 yllä olevien olosuhteiden lisäksi kemiallinen rasitus (taulukko 3.2 (* ) (*) Taulukolla 3.2 tarkoitetaan by 32:n taulukkoa 3.2, jota ei sisällytetä tähän työhön [15, s. 5]. Betonin ominaisuuksille ja betonipeitteelle annetaan ohjeita by 32:n taulukossa kussakin ympäristöluokassa. Nämä on listattu taulukossa 2.10.

53 35 Taulukko Betonin koostumuksen vähimmäisarvot eri ympäristöluokissa [15, s. 6]. Lujuusluokan K 28 vähimmäisarvo 2) Vedenpitävyys + vaaditaan - ei vaadita Ympäristöluokka Ilmamääräsuositus 3) [%] Suojahuokossuhde Betonipeite 1) 2) 5) [mm] B TB JB B TB JB p r TB JB E1 K20 K20 K E2a K20 K30 K E2b K35 K45 K ,17 4) E2c K20 K25 K E3a K30 K30 K E3b K40 K50 K , ) Betonipeitevaatimus koskee kaikkea raudoitusta, jota ei ole tehty korroosionkestävästä materiaalista. 2) B = raudoittamaton rakenne, TB = teräsbetoni, JB = jännebetoni 3) Runkoaineen suurin raekoko. 4) Suojahuokossuhdevaatimus on 0,2, jos betonin lujuusluokka on K40 tai alempi. 5) Betonin lujuusluokkaa voidaan pienentää suurentamalla betonipeitettä by 32:n ohjeiden mukaisesti [15, s.7-8]. Kloridien määrää raudoitetuissa betonirakenteissa on rajoitettu by 32:n ohjeistuksessa. Ympäristöluokassa E1 kloridien sallittu kokonaismäärä on 1,0 % sementin määrästä. Luokissa E2, E3 ja E4 kloridien enimmäismäärä on taas 0,2 % sementin painosta. Jännitetyissä betonirakenteissa suurin sallittu kloridimäärä on 0,2 % sementin painosta kaikissa ympäristöluokissa. [15, s. 7] Nykyiset rasitusluokat Nykyisin käytössä olevien rasitusluokkien määrittelyt on taulukoitu standardissa SFS- EN A1 + A2 [58]. Nämä on listattu taulukossa Taulukko Nykyiset rasitusluokat [58, s ]. Luokan merkintä Ympäristön kuvaus 1 Ei korroosion tai rasituksen riskiä X0 Raudoittamaton tai metalliosia sisältämätön betoni: Kaikkiin ympäristöihin lukuun ottamatta niitä, joissa esiintyy jäädytyssulatus- tai hankausrasitusta tai kemiallista rasitusta Raudoitettu tai metallia sisältävä betoni: Hyvin kuiva Opastavia esimerkkejä paikoista, joissa rasitusluokka voi esiintyä Betoni sisätiloissa, joissa ilman kosteus on hyvin alhainen. 2 Karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio Jos raudoitusta tai muita metalliosia sisältävä betoni on alttiina ilmalle ja kosteudelle, rasitus luokitellaan seuraavasti: HUOM. Kosteusolosuhteet tarkoittavat raudoitusta tai muuta betonissa olevaa metalliosaa suojaavan betonikerroksen kosteutta, mutta monissa tapauksissa betonikerroksen kosteuden voidaan katsoa vastaavan ympäristön kosteutta. Tällöin ympäristön luokitteleminen voi riittää. Näin ei välttämättä ole, jos betonin ja sen ympäristön välillä on kosteussulku. jatkuu

54 36 Luokan merkintä Ympäristön kuvaus Opastavia esimerkkejä paikoista, joissa rasitusluokka voi esiintyä XC1 Kuiva tai pysyvästi märkä Betoni sisätiloissa, joissa ilman kosteus on alhainen. Pysyvästi vedenalainen betoni. XC2 Märkä, harvoin kuiva Betonipinnat, jotka ovat pitkään kosketuksissa veden kanssa. Usein perustukset. XC3 Kohtalaisen kostea Betoni sisätiloissa, joissa ilman kosteus on kohtalainen tai suuri. Ulkona oleva sateelta suojattu betoni. XC4 Märkä ja kuiva vaihtelevat Betonipinnat, jotka ovat kosketuksissa veden kanssa, mutta eivät kuulu rasitusluokkaan XC2. 3 Muun kuin meriveden kloridien aiheuttama korroosio Jos raudoitusta tai muita metalliosia sisältävä betoni on kosketuksissa veden kanssa, joka sisältää muista lähteistä kuin merivedestä peräisin olevia klorideja (kloridilähde voi olla myös jäänpoistoaine), rasitus luokitellaan seuraavasti: HUOM. Katso myös tämän taulukon kohta 2 kosteusolosuhteiden osalta. XD1 Kohtalaisen kostea Betonipinnat, jotka ovat alttiina ilman sisältämille klorideille. XD2 Märkä, harvoin kuiva Uima-altaat. Betoni on alttiina kloridipitoisille teollisuusvesille. XD3 Märkä ja kuiva vaihtelevat Sillan osat, jotka ovat alttiina kloridipitoisille roiskeille. Jalkakäytävät. Paikoitustalojen laatat. 4 Meriveden kloridien aiheuttama korroosio Jos raudoitusta tai muita metalliosia sisältävä betoni on alttiina klorideille, jotka ovat peräisin merivedestä tai ilman kuljettamasta merivedestä peräisin olevasta suolasta, rasitus luokitellaan seuraavasti: XS1 Kosketuksessa ilman kuljettaman suolan kanssa, mutta ei suorassa kosketuksessa meriveteen. XS2 Pysyvästi veden alla Merirakenteiden osat. XS3 Vuoroveden ja roiskeen vyöhykkeellä Merirakenteiden osat. Lähellä rannikkoa tai rannikolla olevat rakenteet. 5 Jäädytys-sulatusrasitus jäänsulatusaineilla tai ilman niitä Jos betoni on märkä ja siihen kohdistuu kosteuden lisäksi merkittäviä jäätymis-sulamisrasituksia, rasitus luokitellaan seuraavasti. XF1 Kohtalainen vedellä kyllästyminen ilman jäänsulatusaineita Sateelle ja jäätymiselle alttiit pystysuorat betonipinnat. XF2 Kohtalainen vedellä kyllästyminen ja jäänsulatusaineet Tierakenteiden pystysuorat betonipinnat, jotka ovat alttiina jäätymiselle ja ilman kuljettamille jäänsulatusaineille. XF3 Suuri vedellä kyllästyminen ilman jäänsulatusaineita Sateelle ja jäätymiselle alttiit vaakasuorat betonipinnat. XF4 Suuri vedellä kyllästyminen ja jäänsulatusaineet tai merivesi Jäänsulatusaineille alttiit teiden ja siltojen kannet. Suoralle jäänsulatusaineroiskeelle ja jäätymiselle alttiit betonipinnat. Roiskevyöhykkeellä olevat jäätymiselle alttiit merirakenteet. jatkuu

55 37 Luokan merkintä Ympäristön kuvaus Opastavia esimerkkejä paikoista, joissa rasitusluokka voi esiintyä 6 Kemiallinen rasitus Jos betoniin kohdistuu taulukon 2 (*) mukainen luonnon maaperästä ja pohjavedestä aiheutuva kemiallinen rasitus, rasitus luokitellaan alla olevalla tavalla. Meriveden luokittelu riippuu maantieteellisestä sijainnista, joten luokittelu on suoritettava betonin käyttöpaikan mukaisesti. HUOM. Seuraavissa tapauksissa voi olla tarpeen suorittaa erityisselvitys oikeiden ympäristöolosuhteiden määrittämiseksi: Ollaan taulukon 2 (*) rajojen ulkopuolella. Ympäristössä on muita aggressiivisia kemiallisia aineita. Maa tai vesi on kemiallisesti saastunut. Veden virtausnopeus on suuri ja siinä on taulukon 2 (*) mukaisia kemikaaleja. XA1 Taulukon 2 (*) mukainen vähän aggressiivinen kemiallinen ympäristö XA2 Taulukon 2 (*) mukainen kohtalaisen aggressiivinen kemiallinen ympäristö XA3 Taulukon 2 (*) mukainen hyvin aggressiivinen kemiallinen ympäristö (*) Taulukolla 2 tarkoitetaan standardin SFS-EN 206-1:n taulukkoa 2, jota ei sisällytetä tähän työhön [58, s. 19]. Rasitusluokkia ja niiden taustalla olevia turmeltumisilmiöitä on käsitelty tarkemmin by 51 Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu kirjan kappaleessa 3 [17, s ]. Rasitusluokkien soveltamista pysäköintirakennuksiin on käsitelty tämän työn kappaleessa Betoniraudoituksen kloridikorroosio Kloridi-ionit (Cl - ) aiheuttavat betoniin tunkeutuessaan terästen korroosiota, kun betonin kloridipitoisuus ylittää tietyn kriittisen arvon raudoituksen syvyydellä. Kriittinen arvo riippuu muun muassa sideaineesta ja sementin kyvystä sitoa klorideja. Korroosio tapahtuu, vaikka terästen ympärillä olisi vielä emäksinen ympäristö. Korroosio aiheuttaa terästen poikkipinta-alan pienenemistä ja korroosiotuotteet aiheuttavat betonipeitteen lohkeamista terästen ympärillä, koska korroosiotuotteiden tilavuus on suurempi kuin alkuperäisen teräksen. [15, s. 40; 17, s. 16] Klorideja kulkeutuu betoniin useimmiten merivedestä tai klorideja sisältävästä tiesuolasta. Ennen myös jotkin betonin osa- tai lisäaineet sisälsivät klorideja. Tunkeutuminen ei ole yhtä nopeaa kuin veden, vaan se tapahtuu pääosin kloridin pitoisuuserojen takia. Betonin kuivuessa ja kastuessa toistuvasti siihen tunkeutuu klorideja veden mukana. Kuivumisvaiheessa klorideja kerääntyy niille alueille, joilta kuivuminen tapahtuu. Kloridien tunkeutumisnopeus betoniin riippuu ensisijaisesti betonin tiiviydestä, mutta myös käytetystä sementistä. Seosaineet, kuten masuunikuona ja silika, hidastavat kloridien tunkeutumista. [15, s ]

56 38 3 PYSÄKÖINTIRAKENNUSTEN RAKENTEET Tässä kappaleessa keskitytään Suomessa 1990-luvulla rakennettujen pysäköintirakennusten runkorakenteisiin ja rakennejärjestelmiin. Aluksi on käsitelty yleisesti kaikkiin pysäköintirakennustyyppeihin vaikuttavia asioita: pysäköinnin vaatima tilantarve, pysäköintirakennusten kuormat, ympäristörasitukset ja palonkestovaatimukset. Seuraavaksi on käsitelty 1990-luvun pysäköintirakennusten yleisimpiä runkojärjestelmiä keskittyen vaakarakenteisiin. Lopuksi on käsitelty pystyrakenteet ja jäykistys kaikkien runkotyyppien osalta. Vaikka pääpaino on 1990-luvun rakennuksissa, mukaan on paikoittain otettu myös uudempia rakenteita ja suunnittelukriteerejä. Pysäköintirakennuksia on 1990-luvulla toteutettu elementti- ja paikallavalurakenteisina. Yleisiä kansirakenteen elementtiratkaisuja ovat kuorilaatat, ontelolaatat ja TTlaatat. Paikallavaletut kansirakenteet on tehty pääosin jälkijännittämällä rasvapunoksilla. Myös jännittämättömiä paikallavalurakenteita on käytetty, mutta pääsääntöisesti ennen 1990-lukua luvun runkojärjestelmiä on arvioitu pääosin vanhojen suunnitteluohjeiden ja muun kirjallisuuden avulla. Lisäksi tehtiin erillinen rakenneselvitys tutkimalla lehdissä ja muussa kirjallisuudessa raportoituja valmistuneita kohteita ja tarkastelemalla muutamien kohteiden piirustuksia Vantaan rakennusvalvonnassa. Tämä selvitys on liitteessä 1. Eri runkotyyppien suhteellisia lukumääriä on hankala arvioida. Elementtirakenteiset pysäköintirakennukset olivat suuremmassa suosiossa 1990-luvun alkupuolella, mutta 1990-luvun puolesta välistä eteenpäin jälkijännitetyt paikallavaletut rakennukset ovat yleistyneet tasaista tahtia. Paikallavalu ja jälkijännittäminen on suosittua erityisesti suuremmissa erillisissä pysäköintilaitoksissa. Liitteessä 2 on selvitetty karkealla tasolla Espoon elementtirakenteisten ja paikallavalettujen muusta kiinteistöstä irrallaan olevien pysäköintirakennusten lukumääriä. 3.1 Pysäköintirakennusten mittajärjestelmä Pysäköintirakennusten mitoissa, pilarijaoissa ja jänneväleissä on havaittavissa rakenneratkaisusta riippumatta yhtäläisyyksiä, jotka määräytyvät pysäköintitilojen tilavaatimuksista. RT-kortistosta löytyy ohjeita pysäköintirakennusten tilamitoituksesta. Käsitellään tässä vuonna 1994 ilmestyneen RT-kortin mukainen tilamitoitus, jota soveltaen pysäköintirakennuksia on tehty ainakin 1990-luvun alkupuoliskolta asti. Vertailun vuoksi käydään läpi myös 2010 vuonna ilmestyneen RT-kortin ohjeistus. [51; 52]

57 Vanhat tilamitoitusohjeet RT-kortiston 1994 vuoden ohjeissa on erilliset ohjeet suorakulmaiselle ja vinolle pysäköinnille. Mittaohjeistukset on esitetty kuvassa 3.1. Kuva 3.1. Autopaikkarivien ja ajoväylien mitoitus vuodelta 1994 [51, s. 3]. Tällä mittajärjestelmällä jännevälit ovat pisimmillään siis noin 17 metriä. Pilarijako suorakulmaisessa pysäköinnissä, jos pilareita ei sijoiteta autopaikkojen välille, on tavallisesti autopaikan leveyden 2,5 m (2,4 m) monikerta: tyypillisesti noin 5,0 7,5 metriä (4,8 7,2 m). Vaadittu vapaa korkeus on vähintään 2,4 m [51, s. 4]. Ohjeissa on paljon muutakin tietoa muun muassa tarkemmasta tilamitoituksesta, rampeista, inva-paikoista ja kaltevuuksista, joita tässä ei käsitellä Vanhojen ja nykyisten tilamitoitusohjeiden vertailu Vertaillaan 1994 ja 2010 vuosien RT-korttien tilamitoitusohjeita. Taulukossa 3.1 on listattu ohjeista löytyviä mittavaatimuksia. Toisistaan eroavat kohdat on lihavoitu.

58 40 Taulukko 3.1. Pysäköintitilojen mittaohjeita [51, s. 2 3; 52, s. 2 3]. RT (1994) RT (2010) autopaikan leveys (vapaan tilan leveys) 2,5 m 2,5 m seinän vierellä olevan autopaikan leveys 2,7 m 2,8 m liikkumisesteisille tarkoitetun autopaikan leveys 3,6 m 3,6 m autopaikan pituus 5,0 m 5,0 m pinta-ala autopaikkaa kohti pysäköintilaitoksissa, joissa on: suorat rampit m m 2 kierrerampit tai kaltevat pysäköintitasot m m 2 suoran yksisuuntaisen ajoväylän leveys (jossa ei liiku jalankulkijoita): alle 5 m:n matkoilla yli 5 m:n matkoilla ajoväylän leveys pysäköintialueella 1) suorakulmainen pysäköinti, pääajoväylän leveys 2) vinopysäköinti ( 60 ), ajoväylän leveys 3) vinopysäköinti ( 75 ), ajoväylän leveys 2,8 m 2,8 m 2,8 m 2,8 m 7,0 m 7,0 m 7,0 m 8,0 m 4,5 m 6,0 m 5,0 m 7,0 m ajoväylän korkeus 2,4 m 2,5 m jalankulkureitin leveys 1,5 2,1 m 1,5 2,1 m Merkittävimmät muutokset ovat ajoväylän korkeuden kasvaminen ja pysäköintialueen väyläleveyksien suureneminen. Suorakulmaisessa pysäköinnissä 1994 vuoden ohjeiden tyypillinen suurin jänneväli 17 metriä on 2010 ohjeissa kasvanut 18 metriin. Pysäköintiruutujen mitat ovat pysyneet pääosin samoina, joten pilarijaot ovat pysyneet samoina. 3.2 Pysäköintirakennusten kuormat Käsitellään tässä pysäköintirakennuksissa vaikuttavat hyöty- ja törmäyskuormat. Rakentamismääräyskokoelman mukaiset kuormat ja kuormitusohjeet eivät ole tältä osin olennaisesti muuttuneet 1990-luvun alusta [44, s , ; 45, s , ]. Rakennukseen voi vaikuttaa tilanteesta riippuen myös lumi- ja tuulikuorma tai muita tavanomaisia kuormia, jotka jätetään tässä käsittelemättä. Kuormien yhdistelyä eri rajatiloissa (murto-, käyttö-, onnettomuus-) ei myöskään käsitellä Paikoitustasojen hyötykuormat Paikoitus- ja pihatasojen sekä autosuojien kuormat jaetaan neljään eri kuormaluokkaan: I, II, III ja IV [45, s. 109]. Nämä käsittävät ajoneuvoliikenteen aiheuttavat pysty- ja vaakakuormat, jotka on esitetty taulukossa 3.2.

59 41 Taulukko 3.2. Autosuojien, paikoitus- ja pihatasojen kuormat [45, s. 110]. Pystysuorat kuormat (1 Vaakasuora kuorma Kuormaluokka Pintakuorma (kn/m 2 ) Pistekuorma (kn) (jarrukuorma) (kn) I Liikennettä ei ole rajoitettu 10 Katso (2 100 II Henkilö-, paketti- tai kuormaautot, ) 75 joiden kokonaispaino < 15 t III Henkilö- tai pakettiautot, joiden kokonaispaino on < 4,5 t IV Henkilöautot, joiden paino on < 2,0 t 2, ) Pintakuorman ja pistekuorman ei oleteta vaikuttavan samanaikaisesti. Pistekuorman kuormitusala on luokassa II 0,3 x 0,3 m 2 ja luokassa III ja IV 0,1 x 0,1 m 2. 2) Kohdan (*) kuormaluokan II mukaiset akselikuormat (ilman raskasta erikoiskuormaa). (*): Akselikuormalla kuormitetaan enintään kaksi mielivaltaisesti sijoitettua, toisiinsa nähden yhdensuuntaista kuormakaistaa. 3) Pistekuormien (2 kpl) keskinäinen väli on 1,7 m. Tavallisissa pysäköintirakennuksissa, joita tässä työssä tarkastellaan, kyseeseen tulee yleensä kuormaluokka III tai IV [3, s. 4; 66]. Muutto-, sammutus-, pelastus-, nostolava-, konetikas- tai muiden vastaavien ajoneuvojen kuormittamat rakenteet mitoitetaan kuormaluokan 1 mukaan. Pelastuslaitoksen nostolava-ajoneuvon sivulla olevaan tukijalkaan voi kohdistua kyseisen kuormaluokan pyöräkuormaa suurempi kuorma. Tämän kuorman suuruus on tarkistettava paikallisesta pelastuslaitoksesta. [45, s. 110] Vaakasuorien kuormien oletetaan vaikuttavan lattiatasossa mielivaltaiseen suuntaan. Mitoittaessa rakenteita, jotka voidaan edellyttää kuormitetuksi vain yhdellä akselikuormalla (esimerkiksi liikuntasaumalaitteet), oletetaan vaakakuorma jaetuksi kahdeksi yhtä suureksi osakuormaksi. Näiden keskiöetäisyys kuormaluokissa I, II, III ja IV on 2,0 m, 1,7 m, 1,5 m ja 1,4. [45, s. 110] Törmäyskuormat pysäköintirakennuksessa Ajoneuvon törmäys kantaviin rakenteisiin huomioidaan mitoittamalla rakenteet staattiselle vaakasuoralle korvausvoimalle [45, s. 137]. Taulukossa 3.3 on listattu ajoneuvon aiheuttama törmäyskuorma kantaviin seiniin ja pilareihin pysäköintirakennuksissa. Taulukko 3.3. Ajoneuvon aiheuttama törmäyskuorma kantaviin pilareihin ja seiniin pysäköintirakennuksessa [45, s. 138]. D. Autosuojat, paikoitus- ja pihatasot Kuorman vaikutuspisteen korkeus h f (m) Vaakakuorma (kn) Alikulkukorkeus h (m) Kuormaluokka I 1, ,6 Kuormaluokka II 1, ,2 Kuormaluokka III 0, ,0 Kuormaluokka IV 0, ,0 Kuormaluokat määriteltiin taulukossa 3.2. Törmäyskuorman vaikutuspintana voidaan käyttää 0,6 x 0,6 m 2. Muiden ajoneuvojen kuin autojen, esimerkiksi trukkien ja traktoreiden, törmäyskuormiksi voidaan olettaa 50 % taulukossa esitetystä kokonais-

60 42 kuormasta. Mitoituksessa liikennevirran suuntaan ja liikennevirtaa kohtisuoraan tulevia törmäyskuormia ei oleteta samanaikaisiksi. Katujen ja kevyen liikenteen väylien lähellä sijaitsevat pilarit voi joutua mitoittamaan myös muille törmäyskuormille, jotka on esitetty kuormitusohjeissa. [45, s. 138] Kantamattomat seinät, liikennettä rajoittavien kaiteiden pylväät ja yläjohteet mitoitetaan taulukon 3.4 mukaisille törmäyskuormille pysäköintirakennuksessa. Vaihtoehtoisesti ajoneuvojen putoaminen voidaan estää jollakin muulla tavalla. [45, s. 140] Taulukko 3.4. Pysäköintirakennusten törmäyskuormat kaiteisiin ja kantamattomiin seiniin [45, s. 140]. Autosuojat, paikoitusja pihatasot Vaakakuorma (kn) Kuormaluokka I 40 Kuormaluokka II 25 Kuormaluokka III 10 Kuormaluokka IV 5 Jos kaiteen yläjohteen murtolujuus liikuntajatkokset huomioiden on vähintään viisinkertainen taulukon 3.3 kuormiin nähden, se sijaitsee n. 1 m:n korkeudella ja kaiteen pylväsjako on korkeintaan 2 m, kaidetta ei tarvitse mitoittaa törmäyskuormille. Alle 10 m pitkissä kaiteissa yläjohteet ankkuroidaan yleensä seiniin tai vinosti maahan. Kantamattomien seinien ja kaiteiden muut osat, esimerkiksi välijohteet ja säleet, mitoitetaan 1,5 kn liikkuvalle, vaakasuoralle pistekuormalle. [45, s. 140] 3.3 Pysäköintirakennusten ympäristörasitukset Pysäköintirakennukset ovat useiden eri turmeltumisilmiöiden vaikutuksen alaisena. Keskeisenä ongelmana on autojen mukanaan kuljettama tiesuola, joka aiheuttaa kloridirasitusta. Lisäksi rakennus altistuu karbonatisoitumiselle ja tilanteesta riippuen pakkasrasitukselle. [17.] Monissa ulkona sijaitsevissa vanhoissa pysäköintirakennuksissa ylin kerros on esimerkiksi voitu suunnitella katetuksi, mutta toteutusvaiheessa se onkin kustannussyistä jätetty säälle alttiiksi. Käydään tässä kappaleessa läpi vanhojen ympäristöluokkien soveltamisohjeita pysäköintirakennuksiin. Vertailun vuoksi käsitellään myös nykyisten rasitusluokkien soveltamisohjeet pysäköintirakennuksiin Ympäristöluokat vanhoissa pysäköintirakennuksissa Vanhojen ympäristöluokkien soveltamisohjeita pysäköintirakennuksiin voidaan käyttää avuksi arvioidessa yleisellä tasolla vanhojen rakenteiden pitkäaikaiskestävyyttä ja miten niissä on huomioitu ympäristörasitukset. Yksittäisissä kohteissa käytetyt ympäristöluokat täytyy tarkistaa kohdekohtaisesti.

61 43 Betoninormikortissa 13 (1992) on annettu ohjeet ympäristöluokkien soveltamisesta kuorilaattarakenteisen pysäköintitalon osille. Luokitus koskee pysäköintitaloja, joissa on käytetty jännitettyä kuorilaatta- ja palkkirakennetta siten, että laattarakenne on kaikissa kuormitustapauksissa puristettu. Katso taulukko 3.5. [7.] Taulukko 3.5. Kuorilaattarakenteisen pysäköintitalon ympäristöluokkasuositus vuodelta 1993 [7]. Rakenne Pilarit Jännebetonipalkit Jännitetty kuorilaatta Kuorilaatan päälle valettava pintabetoni Seinäelementit Luokitus (by 32:n mukainen) E2b 1) E2b E2b E3b E2b 1) 1) Rakenneosa on käsiteltävä 500 mm:n korkeudelle liikennöintitason pinnalta suolan läpäisyn estävällä pinnoitteella tai vaihtoehtoisesti suunniteltava rakenne luokkaan E3b. Nämä ohjeet eivät ole ristiriidassa Lohjan kuorilaattarakenteisen pysäköintitalon vuoden 1989 karkeampien ohjeiden kanssa [30, s. 4]. Betoninormikortissa 24 (1998) jälkijännitetylle paikallavaletulle lievästi kloridirasitetulle pysäköintitalolle pysäköintitason ympäristöluokaksi on suositeltu E2b [9]. Suomen Betoniyhdistyksen Paikoitustasojen suunnittelu- ja rakentamisohjeet -artikkelissa 1996 vuodelta sisäänajorampeille ja suolattaville tasoille on suositeltu ympäristöluokkaa E3b; kevyesti kloridirasitetuille E2b [2]. Näistä voidaan melko hyvin arvioida, mitä ympäristöluokkia kuorilaattarakenteisissa ja paikallavaletuissa pysäköintirakennuksissa on yleisesti 1990-luvulla käytetty. Vanhoille TT- ja ontelolaattarakenteisille pysäköintirakennuksille ei tämän työn puitteissa löytynyt yleisiä ympäristöluokkien soveltamisohjeita. Osa rakenteista vastaa kuorilaattarakenteista pysäköintitaloa, joten vastaavien ympäristöluokkien käyttö pilareissa, jännebetonipalkeissa ja seinäelementeissä on hyvä arvio. Laattarakenteessa ja pintabetonissa käytetty ympäristöluokka riippuu todennäköisesti siitä, onko pintarakenteena käytetty jälkijännitettyä pintavalua, kuitubetonia vai erillistä vesieristettä Nykyiset rasitusluokat pysäköintirakennuksissa Standardi SFS-EN antaa joitain ohjeita, millaisiin rakenneosiin kutakin rasitusluokkaa kuuluu käyttää [58, s ]. Käytännön kokemukset ovat osoittaneet, että rakenteiden sijoitus oikeisiin rasitusluokkiin on hyvin tulkinnanvaraista [17, s. 3]. Suomen Betoniyhdistys r.y. on laatinut rasitusluokkien sovellusohjeet erityyppisille rakennuksille by 51 Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu kirjassa. Pysäköintitaloja on esitetty neljä eri tyyppiä: pysäköintitalo, lämmin, paljon liikennettä pysäköintitalo, kylmä, paljon liikennettä pysäköintitalo, kylmä, vähän liikennettä pysäköintitalo, lämmin, vähän liikennettä.

62 44 Näiden rakennustyyppien suositellut rasitusluokat eri rakenneosille on listattu taulukoissa [17, s ] Taulukko 3.6. Rakenneosien rasitusluokkayhdistelmä: pysäköintitalo, lämmin, paljon liikennettä [17, s. 60]. Rakenneosdistelmä Rasitusluokkayh- Selite 7-1a XC3; XD3 Sisäänajoramppi ja taso 30 m sisääntulosta, ei suojausta. 7-1b XC3; XD1 Sisäänajorampin suojattu pinta. 7-2 XC3; XD1 Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joka ei kuulu luokkaan 7-1a. 7-3 XC3 Pysäköintitason ja ajorampin alapinta. 7-4a XC3; XD1 Suojaamaton pystypinta 30 m sisääntulosta. 7-4b XC2 Suojattu pystypinta (vähintään 0,5 m korkeudelle) 30 m sisääntulosta, muu pystypinta. Taulukko 3.7. Rakenneosien rasitusluokkayhdistelmä: pysäköintitalo, kylmä, paljon liikennettä [17, s. 62]. Rakenneosa Rasitusluokkayhdistelmä Selite 8-1a XC3,4; XD3; XF4 Sisäänajoramppi ja taso 30 m sisääntulosta, ei suojausta. Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joita suolataan, ei suojausta. 8-1b XC3; XD1; XF2 Sisäänajorampin suojattu pinta. 8-2 XC3,4; XD1; XF2 Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joka ei kuulu luokkaan 8-1a. 8-3 XC3; XF1 Pysäköintitason ja ajorampin alapinta. 8-4a XC3; XD1; XF2 Suojaamaton pystypinta 30 m sisääntulosta. 8-4b XC2; XF1 Suojattu pystypinta (vähintään 0,5 m korkeudelle) 30 m sisääntulosta, muu pystypinta. 8-5a XC4; XD3; XF4 Ylin, sateelle altis taso ramppeineen, joita suolataan. 8-5b XC4; XD1; XF3 Ylin, sateelle altis taso ramppeineen, joita ei suolata. Taulukko 3.8. Rakenneosien rasitusluokkayhdistelmä: pysäköintitalo, kylmä, vähän liikennettä [17, s. 64]. Rakenneosdistelmä Rasitusluokkayh- Selite 9-1a XC3,4; XD2; XF2 Sisäänajoramppi ja taso 15 m sisääntulosta, ei suojausta. Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joita suolataan, ei suojausta. 9-1b XC3; XF1 Sisäänajorampin suojattu pinta. 9-2 XC3,4; XD1; XF1 Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joka ei kuulu luokkaan 9-1a. 9-3 XC3; XF1 Pysäköintitason ja ajorampin alapinta. 9-4a XC3; XD1; XF1 Suojaamaton pystypinta 15 m sisääntulosta. 9-4b XC2; XF1 Suojattu pystypinta (vähintään 0,5 m korkeudelle) 15 m sisääntulosta, muu pystypinta. 9-5a XC4; XD3; XF4 Ylin, sateelle altis taso ramppeineen, joita suolataan. 9-5b XC4; XD1; XF3 Ylin, sateelle altis taso ramppeineen, joita ei suolata.

63 45 Taulukko 3.9. Rakenneosien rasitusluokkayhdistelmä: pysäköintitalo, lämmin, vähän liikennettä [17, s. 64]. Rakenneoskayhdistelmä Rasitusluok- Selite 10-1a XC3; XD2 Sisäänajoramppi ja taso 15 m sisääntulosta, ei suojausta. 10-1b XC3; XD1 Sisäänajorampin suojattu pinta XC3; XD1 Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta, joka ei kuulu luokkaan 10-1a XC3 Pysäköintitason ja ajorampin alapinta XC2 Pystypinta. Taulukoissa käytetyt rakenneosien numerot viittaavat tilannetta hahmottaviin kuviin, jotka löytyvät by 51 -kirjasta ja tämän työn liitteestä 3. Liitteessä on myös otteita kirjan taulukoista, joissa on ohjeita eri rakenneosille suositelluista betonin lujuus- ja rakenneluokista, betonin peitepaksuudesta ja vesi-sementtisuhteesta. 3.4 Pysäköintirakennusten paloluokkavaatimukset Suomen rakentamismääräyskokoelman autosuojaohjetta E4 on päivitetty vuosina 1990, 1997 ja Näitä aiemmin käytössä on ollut vuoden 1977 versio. RIL on laatinut näiden ohjeiden pohjalta omat ohjeistuksensa kunkin muutoksen jälkeen vuosina 1996, 1999 ja Varsinainen määräysosa E1 Rakennusten paloturvallisuus, määräykset ja ohjeet on päivitetty vuonna 2011, mutta se ei aiheuttanut merkittäviä muutoksia autosuojien palomääräyksiin. [48, s ] Vuosien 2005 ja 1997 autosuojia koskevassa ohjeistuksessa merkittävin muutos koskee materiaalien palo-ominaisuuksien merkintöjä vuodesta eteenpäin pintojen luokitus on merkitty tarkemmin eikä pelkästään tekstillä (esimerkiksi palamaton ). [47, s. 32; 48, s. 35] Vuosien 1990 ja 2005 ohjeistus eroaa toisistaan enemmän merkinnöiltään. Näitä on vertailtu taulukossa Taulukko Autosuojan osastoivien ja kantavien rakenteiden luokkavaatimukset 1990 ja 2005 [46, s. 27; 48, s. 35] merkintä P3 (max. 1 krs) P2 (max. 2 krs) P1 (max. 8 krs) 1990 merkintä Maan päällä Osastoivat rakenteet Osastokoko: Enintään 400 m 2 (2002) Enintään 600 m 2 (1990) EI30 B30 Paloahidastava (max. 1 krs) EI30 B30 Paloapidättävä (max. 2 krs) Palonkestävä (max. 8 krs) EI60 A2-s1, d0 A60 Enintään 2000 m 2 (2002) Enintään 2000 m 2 (1990) EI60 A2-s1, d0 A60 EI30 B30 EI60 A2-s1, d0 A60 jatkuu

64 46 Yli 2000 m 2 (2002) Yli 2000 m 2 (1990) EI60 A2-s1, d0 A60 EI60 A2-s1, d0 A60 EI60 A2-s1, d0 A60 Kantavat rakenteet (2002) Kantavat rakenteet (1990) R30 1) R60 A2-s1, d0 1) B30 1) A60 1) Kellarissa Osastoivat rakenteet (2002) Osastoivat rakenteet (1990) EI60 A2-s1, d0 A60 EI60 A2-s1, d0 A60 EI60 A2-s1, d0 A60 Kantavat rakenteet (2002) 2) R60 2) R60 A2s1, d0 tai välipohjan mukaan 2) Kantavat rakenteet (1990) A60 2) A60 2) 1) (2005 ohje) Myös ns. kevennetty yläpohjan RX0/R15-ratkaisu enintään 2-kerroksisissa rakennuksissa käy, mikäli vähintään yläpohjan lämmöneriste on A2-S1, d0 -luokkaa. 1) (1990 ohje) Myös ns. kevennetty BX0/B10-ratkaisu enintään 2-krs rakennuksissa palamattomalla yläpohjan lämmöneristeellä varustettuna käy. 2) (2005 ohje) Ylimmän kellarikerroksen alapuolella sijaitsevissa kellarikerroksissa R120 A2-s1, d0 ja P3-luokan rakennuksissa R60 A2-s1, d0. 2) (1990 ohje) Ylimmän kellarikerroksen alapuolella sijaitsevissa kellarikerroksissa A90. Vanhoissa ohjeissa olevat merkinnät AXX ja BXX tarkoittavat rakennusosaa ja suojaverhousta, joka on tehty palamattomista rakennustarvikkeista (A) tai palavista rakennustarvikkeista (B), ja niiden palonkestoaikaa [64, katso 46]. Ennen 1997 vuoden muutosta rakenteiden paloluokissa ei ollut Suomessa sellaisenaan käytössä nykyisiä R-, E- ja I-luokitusta vastaavia merkintöjä. Kuten taulukosta 3.10 nähdään, valtaosa uusien ja vanhojen ohjeiden mukaisista eroista johtuvat vain erilaisesta merkintätavasta. Suurin varsinainen ero on ylimmän kellarikerroksen alapuolella sijaitsevien kerrosten palonkestoajoissa. 3.5 Kuorilaattarakenteinen pysäköintirakennus Kuorilaattarakenteisia pysäköintirakennuksia on tehty Suomessa 1980-luvulta aina nykypäiviin asti [30; 39, s. 8]. Paljon käytetty pysäköintirakennustyyppi on ollut Lohja- Pysäköintitalo, joita Lohja Betonila Oy on toteuttanut 1980-luvun alusta ja Partek luvulla [53]. Tässä käydään osittain läpi Lohjan ohjetta ja vanhoja kuorilaattojen ohjeita, vertaillaan niitä uudempiin ohjeisiin ja joidenkin toteutuneiden kohteiden rakenteisiin, jota varten tehtiin erillinen selvitys (Liite 1). Käsitellään ensin Lohja-Pysäköintitalon mukaisen rakennuksen yleiset mitat ja rakenneperiaate. Tämän jälkeen käydään tarkemmin läpi kansirakenteen mittoja, poikkileikkauksia sekä muita rakenteita Rakenneperiaate ja yleiset mitat Yleensä kuorilaattarakenteisissa ratkaisuissa on pilari-palkkirunko, jossa pääkannattajina ovat pidemmän jännevälin suuntaiset yksiaukkoiset jännebetonipalkkielementit, jotka toimivat liittorakenteena raudoitetun pintavalun kanssa. Esijännitetyt kuorilaattaelemen-

65 47 tit ovat yksiaukkoisia yhteen suuntaan kantavia ja ne toimivat liittorakenteena raudoitetun pintavalun kanssa palkkiin nähden kohtisuoraan suuntaan. Erillistä vedeneristystä ei tarvita, koska puristustilassa oleva pintavalu on vedenpitävä. Tätä järjestelmää on havainnollistettu kuvassa 3.2. [30.] Kuva 3.2. Lohja-Pysäköintitalon rakenneperiaate [30]. Kuvissa 3.3 ja 3.4 on esitetty Lohja-Pysäköintitalon mukaiset suositellut mitat ja pohjapiirustus. Vapaa korkeus ei enää täytä 1994 vuoden RT-kortin suosituksia [51]. Kuva 3.3. Lohja-Pysäköintitalon pohjapiirustus ja suositeltavat mitat [30].

66 48 Kuva 3.4. Lohja-Pysäköintitalon leikkaus ja suositeltavat mitat [30]. Myöhemmin jänneväleiksi tämänkaltaisissa pysäköintirakennuksissa on vakiintunut kuorilaatoilla noin 5000 mm ja palkeilla noin mm. Pilariruutu on täten 5000/ [50; 66] Myöhemmin todetaan, että tällaisilla jänneväleillä kuvassa 3.2 näkyvä 70 mm kuorilaatta ei enää riitä tukemattomana Kuorilaattojen mitat ja dimensiot Tutkitaan Partek Betonilan vuoden 1993 kuorilaattaohjeen alustavia mitoituskäyrästöjä ja taulukoidaan pysäköintilaitosten kuormilla suurimmat jännevälit tietyillä kuorilaatan ja pintavalun paksuuksilla. Kuorilaatat suunnitellaan yleensä kestämään yksiaukkoisina, vaikka teoriassa ne toimivat jatkuvana rakenteena sen jälkeen, kun pintavalu alkaa toimia liittorakenteena ja yläpinnassa on riittävä raudoitus [26, s. 13; 66, s. 41]. Käsitellään pysäköintirakennuksiin soveltuvaa jännevälialuetta 4,8 7,5 m. Tutkitaan kuorilaatat KL70 ja KL90 tuettuina rakenteina eli laatat tuetaan rakennusaikana riittävästi, jotta rakentamisrajatila ei tule määrääväksi. KL70:ssä paloluokkana on käytetty A60 ja KL90:ssä A90. Kuorilaatan lujuusluokka on K35-1 ja jälkivalun K25-2 K35-2. Pysyvän hyötykuorman osuutena on käytetty 15 % kokonaishyötykuormasta. Mitoituskäyristä määritellyt suurimmat jännevälit 100 mm:n tarkkuudella kuormaluokissa III ja IV ovat taulukossa Taulukko Tuettujen kuorilaattojen maksimijännevälit pysäköintirakennusten kuormilla Partek Betonilan 1993 vuoden mitoituskäyrästöjen mukaan [26, s. 6 7]. Kuorilaatta Suurin jänneväli kuormaluokassa III (5 kn/m 2 ) Suurin jänneväli kuormaluokassa IV (2,5 kn/m 2 ) KL70/140 (A60) 5,1 m 5,7 m KL70/160 (A60) 5,9 m 6,5 m

67 49 Kuorilaatta Suurin jänneväli kuormaluokassa III (5 kn/m 2 ) Suurin jänneväli kuormaluokassa IV (2,5 kn/m 2 ) KL70/180 (A60) 6,5 m 7,1 m KL70/200 (A60) 7,1 m 7,7 m KL70/220 (A60) 7,5 m 8,1 m KL90/180 (A90) 6,3 m 6,9 m KL90/200 (A90) 6,8 m 7,5 m KL90/220 (A90) 7,5 m 8,1 m Kaikilla näillä laatoilla saavutetaan siis helposti noin 5 m:n jänneväli. 220 mm:n kokonaisrakennepaksuudella molemmilla laatoilla päästään yleensä suurimpaan tavoiteltavaan jänneväliin 7,5 m kuormaluokassa III. Kuormaluokkaan IV riittää 200 mm rakennepaksuus. Kuten kappaleessa 3.4 on todettu, pysäköintirakennuksissa riittää useimmiten paloluokka A60, jolloin KL90:n käyttö ei ole tämän tarkastelun perusteella tarpeen. Tämä selittää, miksi Lohja-Pysäköintitalon ohjeissa on suositeltu käytettävän 70 mm:n kuorilaattaa. Taulukossa 3.12 on esitetty ohjeet alustavan tuentatarpeen määrittämiseen, jotta taulukon 3.11 tekemiseen käytetyt kuorilaattojen kapasiteettikäyrät ovat voimassa. Taulukossa on ilmoitettu jännemitta-alue, jolla tarvitaan kaksi asennustukilinjaa. Alarajaa lyhyemmillä jännemitoilla tarvitaan yksi tukilinja ja ylärajaa suuremmilla kolme tukilinjaa. Kohdissa, joihin ylärajaa ei ole merkitty, riittää normaaleilla jänneväleillä kaksi tukilinjaa. Taulukko Tarvittava tukilinjojen määrä Partekin 1993-vuoden kuorilaattaohjeissa [26, s. 13]. KL (mm) Laatan kokonaispaksuus H L (mm) yksi 5,9 5,7 5,3 5,1 4,9-8,7 4,7-8,5 4,6-7,7 4,5-7,1 90 yksi tukilinja 6,6 6,3 6,1 5,9 5,7-10 5,5-9, ,6 7,3 6,7 6,5 Erityisesti pysäköintirakennuksissa tukemattomalla rakennustavalla voidaan saada säästöjä työkustannuksissa. Nykyisissä ohjeissa on mahdollista päästä aina jänneväliin 7,5 m asti ilman valutukia kuormaluokissa III ja IV [39, s. 8]. Kuvassa 3.5 on Partekin 1993-vuoden mitoituskäyrästöt kuorilaatoille ilman asennustuentaa. Käyrästössä laskentaperusteet ja betonin lujuudet ovat vastaavia kuin tuettujen laattojen käyrästöissä. Laattojen paloluokkia ei ole mainittu.

68 50 Kuva 3.5. Partekin kuorilaatan mitoituskäyrästö ilman asennustuentaa [26, s. 9]. Tästä huomataan, että kuormaluokassa III (5 kn/m 2 ) KL70 ja KL90 eivät riitä tukemattomana. KL110/180:lla päästään noin jänneväliin 5,9 m ja KL120/200:lla jänneväliin 6,5 m. Käyrästöstä ei selviä, mitä maksimijännevälit ovat kuormaluokassa IV. Tutkitaan, miten nämä ohjeet täsmäävät liitteessä 1 tutkittuihin toteutuneisiin kuorilaattarakenteisiin. Taulukkoon 3.13 on merkitty rakennuksen käyttöönottovuosi, kuorilaatan paksuus ja kuorilaatan likimääräinen jänneväli. Taulukko Toteutuneita kuorilaattarakenteita, katso liite 1. Kuorilaatta Jänneväli [mm] Valmistusmisvuosi KL70/ LL120/200 ja KL100/ LL120/ LL120/ KL120/ LL120/220( 360) Vanhojen mitoituskäyrästöjen mukaan nämä rakenteet ovat toimivia. Vuonna 1991 tehty kuorilaattarakenne on Lohja-Pysäköintitalon mukainen ja 2000-lukujen vaihteessa tehdyissä kohteissa on nähtävästi haluttu käyttää tukematonta rakentamistapaa. Ainakin vielä 2000-luvun alussa on käytetty pituussuuntaan profiloitua laattaa (LL) luvun vaihteen kuorilaatoissa betonin lujuutena on käytetty K50-1 ja pintabetonissa K35 K40-1 liitteen 1 perusteella. Partekin vuoden 1993 kapasiteettikäyrästöt on laadittu käyttämällä laatassa lujuusluokkaa on K35-1 ja jälkivalussa K25-2 K35-2, joten 1990-luvun alkupuolella on mahdollisesti käytetty pienempiä lujuuksia.

69 Kuorilaattojen punosmäärät Pyritään arvioimaan karkeasti pysäköintirakennuksiin soveltuvissa kuorilaatoissa käytettyjä tyypillisiä punosmääriä. Todellisessa suunnittelukohteessa punosmäärät saadaan selvitettyä esimerkiksi kohteen elementtipiirustuksista tai kuorilaattakaavioista. Kuorilaattojen punosmääriä on hankala arvioida pelkän taivutusmurron kautta, koska muun muassa rakennusrajatila voi olla mitoittava tapaus. Tämän takia yleisiä sääntöjä etsiessä joudutaan turvautumaan suunnitteluohjeisiin ja kokemusperäiseen tietoon. Partekin 1993-vuoden ohjeissa ei ole otettu kantaa punosmääriin [26]. Lujabetonin 2007-vuoden suunnitteluohjeessa kapasiteettikäyrien yhteydessä on kerrottu myös käyrästöissä käytettyjä punosmääriä [32]. Taulukossa 3.14 on lueteltu näitä punosmääriä 90 mm ja 120 mm paksuille kuorilaatoille. Merkinnällä X punosmäärän perässä erotetaan yleensä halkaisijaltaan 9,3 mm oleva punos 12,5 mm punoksesta. Taulukko Lujabetonin kuorilaattojen kapasiteettikäyrissä käytettyjä punosmääriä [32, s. 32]. Kuorilaatta Punosmäärä d (mm) Kuorilaatta Punosmäärä d (mm) KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 KL90/ ,3 KL120/ ,5 Tämän perusteella punosmäärät ovat KL90/ laatoilla noin 11 14X (d = 9,3 mm) ja KL120/ laatoilla noin (d = 12,5 mm). Koska betoninormit eivät ole olennaisesti muuttuneet rakenteiden lujuusmitoituksen osalta 1990-luvun alusta nykypäivään, voidaan 2007-ohjeen mukaisia punosmääriä pitää suuntaa antavina myös vanhoille rakenteille. Näitä arvoja ei kuitenkaan voida suoraan verrata Partekin 1993-vuoden ohjeisiin, koska Lujabetonin laskelmissa muun muassa betonin lujuus, hyötykuorman pitkäaikaisosuus ja asennustuennat on huomioitu eri tavalla. Kokeneelta kuorilaattojen suunnittelijalta kysyttäessä arvioitiin 1990-luvun alun pysäköintirakennuksissa 4,8 5,4 m jännevälillä käytettävän kuorilaattana KL100/200 ja punosmäärinä suuruusluokkaa 10 12X (X = 9,3 mm jännepunos) [5]. Liitteessä 1 on joidenkin toteutuneiden kuorilaatallisten kohteiden punosmääriä luvun alulla tehdyssä kahdessa kohteessa on käytetty noin 5,0 5,1 m:n jännevälillä LL120/200-laattaa, joissa on punoksia 12X (d = 9,3 mm) vuodelta on kohde, jossa on esimerkiksi käytetty 5,3 m:n jännevälillä KL100/200-laattaa ja punoksina 16X. Punosten alkujännityksenä on käytetty 1200 MPa.

70 Kuorilaattarakenteen palkit Kuorilaattarakenteisessa pysäköintirakennuksessa käytetään yleensä yksiaukkoisia vapaasti tuettuja esijännitettyjä jännebetonipalkkeja. Palkkien tyypillinen jänneväli on noin mm ja palkkijako noin 5000 mm. Palkit toimivat pintavalun kanssa liittorakenteena. [66, s. 41] Liittorakennevaikutuksen takia palkkien kokoja ei voida suoraan arvioida palkkien vanhoista valintakäyrästöistä. Pyritään selvittämään tässä palkkipoikkileikkausten suuruusluokkaa. Lohja-Pysäköintitalon runkojärjestelmässä palkit on tehty harjapalkkeina 1:50 kaadolla ja 60 mm esikorotuksella [30]. Palkin tekeminen suorakaiteen muotoisena on myös mahdollista, kuten joissain liitteen 1 kohteissa on tehty. Tällöin kallistukset tehdään pintavalun avulla. Kuvassa 3.6 on Lohja-Pysäköintitalon ohjeissa esitetty palkin mittakuva, jossa korkeus vaihtelee jännevälin ja kuormituksen perusteella. Kuva 3.6. Lohja-Pysäköintitalossa esitetty kuorilaatan palkki [30, s. 14]. Liitteessä 1 vuonna 1991 valmistuneessa pysäköintirakennuksessa on käytetty palkin poikkileikkauksena pääosin HxB = 680x380 mm 2, jossa pohja on kuvan 3.6 mukaisesti 480 mm leveä ja 2000-luvun vaihteen kohteissa on käytetty 550x480 mm 2 ja 650x480 mm 2 tasaleveitä palkkeja. Nämä ovat noin 17 m:n jännevälillä. Palkkien betonin lujuutena on käytetty tutkituissa kohteissa K50-1 K Liikuntasaumat ja detaljit Liikuntasaumojen detaljiikkaa Lohjan mukaisesti on esitetty kuvassa 3.7. Vastaavia ohjeita on esitetty vielä ainakin 2004-vuoden RT-kortistossa [50].

71 53 Kuva 3.7. Vanhoja liikuntasaumadetaljeja kuorilaattarakenteisessa pysäköintirakennuksessa [30]. Liikuntasaumajako kuorilaattojen suunnassa on normaalisti metriä vuoden ohjeistuksen mukaan [66]. Uudemmissa 2004-vuoden ohjeissa vastaavaksi jaoksi on kerrottu metriä [50]. Uudemmissa ohjeissa suositeltu kuorilaatan paksuus on tosin myös suurempi. Kuvassa 3.3 on esimerkki liikuntasaumakohtien sijoittelusta Lohja-Pysäköintitalon ohjeiden mukaan. 3.6 Ontelolaattarakenteinen pysäköintirakennus Ontelolaatat on pysäköintitaloissa kuorilaattarakennetta vähemmän, mutta silti merkittävän paljon käytetty elementtiratkaisu, joka on ollut käytössä 1980-luvun loppupuolelta nykypäivään. Erillisissä pysäköintirakennuksissa ontelolaatat eivät ole olleet niin yleisiä kuin esimerkiksi kuorilaatat, mutta niiden käyttö on ollut yleisempää muun kiinteistön yhteydessä olevissa pysäköintirakenteissa. Käydään läpi ontelolaattarakenteisen pysäköintirakennuksen rakenneperiaate ja yleiset mitat. Tämän jälkeen käsitellään tarkemmin käytettyjä ontelolaattoja ja pintarakenteita sekä niitä kannattelevia palkkeja. Vertaillaan ohjeiden arvoja liitteessä 1 tutkittuihin toteutettuihin kohteisiin Rakenneperiaate ja yleiset mitat Ontelolaattarakenteessa on tyypillisesti pilari-palkkirunko, jossa palkit ovat usein esijännitettyjä leukapalkkeja, jotka toimivat liittorakenteena ontelolaatan kanssa. Myös jännittämättömät palkit, suorakaidepalkit ja jatkuvat palkit ovat mahdollisia. Pintaratkaisusta riippuen ontelolaatat voivat toimia liittorakenteena pintavalun kanssa. [66, s ; 49, s ] Toisin kuin kuorilaattaratkaisussa, ylitys tehdään ontelolaatoilla rakennuksen leveyssuunnassa (pidempi jänneväli) ja palkit kulkevat rakennuksen pituussuuntaan. Kaadot tehdään ontelolaattojen pituussuunnassa. Kuvassa 3.8 on tasokuva tyypillisen ontelolaattaratkaisun rakennejärjestelmästä. Kuvassa 3.9 on esimerkkileikkaus vanhan ontelolaattarakenteisen pysäköintirakennuksen rakenteista.

72 54 Kuva 3.8. Tyypillisen pysäköintirakennuksen ontelolaattaratkaisun rakennejärjestelmä, tasopiirustus [66, s. 40]. Kuva 3.9. Esimerkki ontelolaattarakenteisen pysäköintirakennuksen yleisleikkauksesta [49, s. 94]. Pilariruuduksi on vakiintunut noin x 7200 mm 2. Ontelolaatan jänneväli mm tulee kaksikaistaisen pysäköintirakennuksen tilavaatimuksista mm:n pilarijakoon mahtuu kolme 2400 mm leveää pysäköintiruutua, jota käytetään 2500 mm ruudun sijaan, koska käyttämällä ontelolaatan leveyden 1200 mm monikertaa voidaan käyttää täysleveitä laattoja, mikä säästää kustannuksia. [66, s ; 49, s ] Ontelolaattojen mitat, dimensiot ja punokset Pysäköintirakennuksissa on käytetty alun perin 400 mm paksua ontelolaattaa; myöhemmin myös 500 mm paksua tämän tultua markkinoille 1990-luvun alkupuolella. Ontelolaattaa mitoittaessa pintabetonin liittovaikutus voidaan huomioida tarvittaessa. Jos valupinnan karheus ei riitä saumassa, tartuntaa voi lisätä urittamalla laatan pinta. [68.] Normaali 400 mm:n ontelolaatta täyttää palovaatimuksen A60 (REI60) eli palolaatan käyttö ei ole ollut pysäköintirakennuksissa tarpeen normaalioloissa luvun ohjeen mukaan 400 mm paksu laatta kestää 45 kn pistekuorman Ø100 alueelle. Piste-

73 55 kuorma luokassa III on 20 kn ja luokassa IV 10 kn 100x100 mm 2 :n alueelle, joten pistekuormakestävyys ei ole rajoittava tekijä tavanomaisilla kuormilla. [69.] 1995-vuoden Valmisosarakentaminen I osa C -kirjassa 400 mm paksun ontelolaatan maksimijänneväleiksi kuormaluokissa III (5,0 kn/m 2 ) ja IV (2,5 kn/m 2 ) on ilmoitettu taulukon 3.15 mukaiset arvot. Arvot on ilmoitettu liittorakennevaikutuksen kanssa ja ilman. Punosmääriä tai ontelolaatan tarkempia tietoja ei ole ilmoitettu. [66.] Taulukko mm paksun ontelolaatan maksimijännevälit pysäköintirakennuksissa Valmisosarakentaminen I osa C:n mukaan [66, s. 40]. OL mm pintabetoni, ei liittorakennevaikutusta OL-400, 50 mm pintabetoni liittorakenteena pintakuorma maksimijänneväli pintakuorma maksimijänneväli 2,5 kn/m 2 (IV) 17,0 m 2,5 kn/m 2 (IV) 18,1 m 5,0 kn/m 2 (III) 15,2 m 5,0 kn/m 2 (III) 16,1 m Tutkitaan 400 mm ja 500 mm paksujen ontelolaattojen maksimijännevälejä ja punosmääriä ontelolaattojen vanhojen kapasiteettikäyrästöjen avulla. Tässä ei ole huomioitu pintabetonin liittovaikutusta, joka voi kasvattaa maksimijänneväliä yli metrinkin verran taulukon 3.15 perusteella. Oletetaan tässä, että liittovaikutus kumoaa pintabetonin omanpainon vaikutuksen. Tähän tarkasteluun käytetään Partekin 1990-vuoden ohjetta ja Valmisosarakentaminen II osa H -kirjassa vuonna 1995 esitettyjä Partekin kapasiteettikäyriä. Vuonna 1990 Partekilla ei ollut vielä 500 mm:n ontelolaattaa. [67; 69] Taipumakäyrästöjä ei ole tarkasteltu tässä tarkemmin. Taulukossa 3.16 on koottu maksimijännevälit alueella 15 18,5 m eri punosmäärillä. Punosten halkaisija on 12,5 mm. Ainakin 1990-luvun ohjeessa betonin lujuusluokka on K50-1 tai K60-1 ja punokset lujuusluokkaa Fe 1570/1770. Taulukko Ontelolaattojen maksimijännevälejä ilman liittovaikutusta kapasiteettikäyrästöjen mukaan [67, s ; 69, s. 8]. Ontelolaatan paksuus [mm] Punosnosmäärä Max.jänneväli [m] (1990) Max.jänneväli [m] (1995) Kuormaluokka III Kuormaluokka IV Kuormaluokka III Kuormaluokka IV ,9 16,6 14,0 16, ,4 18,2 15,4 18, ,3 19,3 16,7 20, ,5 22, ,9 21, ,7 23,7 Punosmäärillä 9 ja mm paksussa ontelolaatassa ja 1995-vuoden ohjeiden maksimijännevälit ovat samaa luokkaa. 13 punoksella 1995-vuoden ohje antaa enemmän kapasiteettia. Syy tähän muutokseen on epäselvä; ontelolaattojen suunnitteluohjeistuksen suurin merkittävä muutos näiden vuosien välillä oli ontelolaatan leikka-

74 56 uskestävyyden pieneneminen taipuisalla tuella, kuten matalalla palkilla [38]. Tällä tuskin on ollut vaikutusta mitoituskäyrästöissä oleviin eroihin, koska taipuva palkki huomioidaan yleensä erillisten ohjeiden mukaan ja toisaalta muutos olisi vähentänyt kapasiteettia käyrästöissä, ei kasvattanut sitä. Liitteessä 1 tutkituissa kohteissa ontelolaatta on käytössä neljässä kohteessa. Esimerkiksi vuoden 1991 kohteessa on käytetty 17 m:n jännevälillä 400 mm:n ontelolaattaa 60 tai 80 mm:n pintavalulla, jossa 12,5 mm:n punoksia on 13 kappaletta vuodelta löytyy kohde, jossa 500 mm paksun ontelolaatan päällä on vesieristys ja asfaltti noin 17,1 m:n jännevälillä ja ontelolaatassa on 12,5 mm:n punoksia 13 kappaletta Ontelolaattarakenteen pintarakenteet Ontelolaattarakenteisessa pysäköintirakennuksessa haasteena on rakenteen tekeminen vesitiiviiksi myös saumakohdista, jotta autojen maalipinnalle haitalliset nesteet eivät pääse vuotamaan alemmille tasoille. Esitellään tässä joitain ennen ja nykyään käytössä olleita ratkaisuja. Kuvassa 3.10 on periaatekuvia pintarakenteista. Kuva Ontelolaattarakenteisten pysäköintirakennusten pintarakenteita [66, s. 40]. Vesieristettyjä holveja on käytetty paljon ennen 1990-lukua. Niiden vaurio- ja vuotokohtien hankalan paikallistamisen sekä kalliin hinnan takia ne putosivat lähes kokonaan markkinoilta pintabetonin puristukseen perustuvien vedenpitävien pintarakenteiden tieltä. [49, s ] Vesieristettyjä rakenteita käytetään tosin vielä jonkin verran yläkansissa, jos yläkantta ei ole varustettu katoksella [50] luvulla yleistynyt ratkaisu on jälkijännittää pintalaatta ristiin tartunnattomilla jänteillä kuten rasvapunoksilla, mikä aiheuttaa pintalaattaan riittävän puristusjännityksen ja pitää sen vesitiiviinä. Tällöin pintalaatan paksuuden tulee olla vähintään 80 mm ja se tulee raudoittaa verkoilla tai käyttää kuitubetonia. [49, s. 96] Ontelolaattarakenteen palkit Ontelolaattojen tukena ovat yleensä leukapalkit ja ne ovat lähes poikkeuksetta esijännitettyjä [66]. Jännepunosmääriä ja raudoitusta ei voida helposti arvioida kapasiteettikäyrästöistä, koska palkki toimii liittorakenteena ontelolaatan kanssa ja se voi olla myös jatkuva. Palkit voivat olla myös suorakaiteen muotoisia, jolloin rakennekorkeus kasvaa.

75 57 Käydään tässä läpi mm paksua ontelolaattarakennetta tukevien leukapalkkien mittasuositukset, jonka avulla saadaan suuntaa-antavaa tietoa palkkien dimensioista. 400 mm paksu ontelolaatta vaatii tukipintaa vähintään 100 mm vanhojen ohjeiden mukaan [69]. Uudemmat Parman ohjeet antavat saman tukipintavaatimuksen niin 400 mm kuin 500 mm ontelolaatallekin [40]. Erityisesti jännitetyillä leukapalkeilla on käytettävä pohjastaan moduulilevyisiä palkkeja jännitysalustoista johtuen [67, s. 71]. Taulukossa 3.17 on esitetty jännitettyjen leukapalkkien mittasuositukset ja kuvassa 3.11 selviää, mitä taulukon merkinnät tarkoittavat. Matalapalkeille on omat mittasuosituksensa. Taulukko Leukapalkkien mittasuositus, ontelolaatat [67, s. 72]. Palkin korkeus H [mm] Palkin leveys B [mm] L [mm] h1 [mm] h2 [mm] , , , , , , , Kuva Taulukon 3.17 mittojen määritelmät [67, s. 71]. Suorakaidepalkkia käytettäessä palkkien leveys ja korkeus ovat vastaavansuuruisia. Liitteessä 1 tarkastelluissa kohteissa on käytetty pääosin näiden ohjeiden mukaisia palkkeja matalapalkkien sijaan. Betonin lujuutena näissä on käytetty K60-1 tai K TT-laattarakenteinen pysäköintirakennus TT-laattaelementtien käyttö pysäköintirakennuksissa oli hyvin yleistä 1980-luvulta 1990-luvun alkupuoliskolle. Rakennejärjestelmä muistuttaa paljon tässä diplomityössä aiemmin esiteltyä ontelolaattarakenteista pysäköintirakennusta. Käydään läpi TT-laattarakenteisen pysäköintirakennuksen rakenneperiaate ja yleiset mitat. Tämän jälkeen käsitellään tarkemmin käytettyjä TT-laattoja, muita pintarakenteita ja liikuntasaumoja sekä kannatinpalkkeja.

76 Rakenneperiaate ja yleiset mitat TT-laattarakenteessa on tyypillisesti pilari-palkkirunko, jossa palkit ovat leukapalkkeja. Vinojen pysäköintitasojen yhteydessä käytetään keskilinjoilla usein teräsbetoniseiniä, joihin on jo tehtaalla valmiiksi tehty kolot TT-laattojen palkeille. TT-laatat toimivat liittorakenteena pintavalun kanssa. [49, s ; 66, s ] Ontelolaattaratkaisun tavoin ylitys tehdään TT-laatoilla rakennuksen leveyssuunnassa ja palkit kulkevat rakennuksen pituussuuntaan. Kuvassa 3.12 on tasokuva tyypillisen TT-laattaratkaisun rakennejärjestelmästä, jossa on käytetty leukapalkkeja. Kuvan kaltevilla reuna-alueilla on ontelolaatat. Kuva Esimerkki pysäköintirakennuksen TT-laattaratkaisun rakennejärjestelmästä [66, s. 42]. Kuvassa 3.12 on käytetty pilariruutuna x 7200 mm 2. Myös mm:n jänneväliin päästään helposti. Pilarijakona on mahdollista käyttää myös esimerkiksi 7500 mm eli kolmea 2500 mm pysäköintiruutua, koska TT-laatoilla ei ole ontelolaattojen moduulileveyden aiheuttamaa rajoitusta. Pysäköintirakennuksessa tarvitaan vähintään 600 mm korkea TT-laatta, joten se vaatii noin 200 mm suuremman rakennekorkeuden kuin ontelolaatta. Tätä voidaan ehkäistä loveamalla TT-laattojen ripoja päistään palkkien leukojen korkeuksien verran. [49, s ; 66, s ] TT-laattojen mitat, dimensiot ja punokset 1990-luvulla TT-laattoja valmistettiin yleisesti 2400 mm ja 3000 mm leveinä; nykyään pääosin 3000 mm leveinä. Pintabetonin liittovaikutus huomioidaan yleensä ja tarvittaessa sauma voidaan raudoittaa. Pintabetonin paksuudesta riippuen kansilaatan paksuus on mm. Vakiopaksuutena käytetään yleensä 50 mm. [31; 34; 41; 68] Ripaleveyksinä on käytetty tavallisesti 120, 180, 240 ja 300 mm. Laatan palonkestävyyden määrittelee pääosin ripaleveys: A60-luokkaan päästään leveydellä 120 mm ja

77 59 A90-luokkaan 180 mm:llä. Vanhoissa ohjeissa olevien tietojen mukaan pistekuormakestävyys on saavutettu 50 mm:n kansilaatalla kuormaluokassa IV 60 mm pintavalulla ja kuormaluokassa III 80 mm pintavalulla. [31.] TT-laatoilla jännevoima aiheuttaa ennakkokäyristymää ylöspäin, minkä takia laattaprofiileja valittaessa on usein taloudellisempaa valita minimiprofiilia suurempi tyyppi, jotta voidaan käyttää pienempää jännevoimaa [67, s. 135]. Ennakkokäyristymän vaikutusta ei tarkastella tässä tarkemmin. Tutkitaan vähintään 600 mm korkeiden TTlaattojen maksimijännevälejä kuormaluokissa III (5,0 kn/m 2 ) ja IV (2,5 kn/m 2 ) pysäköintirakennukseen soveltuvien jännevälien alueella Lohjan vanhan suunnitteluohjeen kapasiteettikäyrästöjen avulla. Arvot on laskettu 80 mm:n pintabetonin kanssa liittovaikutus huomioiden ohjeiden korjauskertoimen avulla sekä vertailun vuoksi ilman liittovaikutusta. [67.] Rajataan tarkastelu 3000 mm leveisiin TT-laattoihin ja ripaleveyksiin 120 mm ja 180 mm. Katso taulukko Taulukko TT-laattojen maksimijännevälejä pintavalun liittovaikutuksen kanssa ja ilman [67]. TT-laatta (leveys-ripaleveys / korkeus) Max.jänneväli [m] 80 mm pintavalu + liittovaikutus (*) Kuormaluokka III Kuormaluokka IV Max.jänneväli [m] 80 mm pintavalu + ei liittovaikutusta Kuormaluokka III Kuormaluokka IV TT /600 15,2 17,7 14,5 17,2 TT /700 17,3 20,4 16,8 19,7 TT /800 19,7 23,0 19,1 22,4 TT /600 17,2 19,9 16,7 19,3 TT /700 19,0 21,9 18,3 21,2 TT /800 20,7 23,6 20,2 23,2 (*) Liittorakenteen kapasiteetin arvo saadaan kertomalla käyrästön arvo kertoimella k = ((h+0,4*h l )/h)^2, jossa h l = jälkivalun paksuus jännevälin keskellä (h l 100 mm). Jälkivalu lasketaan käyrästössä kuormaksi. Vanhoissa suunnitteluohjeissa ei ole mainintaa TT-laattojen kapasiteettikäyrästöjen tekemiseen käytetyistä punosmääristä. Lujabetonin 2007-vuoden ohjeiden käyrät on laskettu käyttämällä seuraavia punosmääriä: 120/600 7p, 120/700 8p, 120/800 9p, 180/600 8p, 180/700 9p, 180/700 10p [31]. Näitä punosmääriä ei voida suoraan soveltaa Lohjan vanhojen ohjeiden mukaisiin TT-laattoihin, mutta niiden avulla voidaan päätellä punosmäärien suuruusluokka yleensä. Punosmäärät todellisissa korjauskohteissa tulee tarkistaa esimerkiksi elementtipiirustuksista TT-laattarakenteen pintarakenteet ja liikuntasaumat Tutkitaan tässä vanhoissa ohjeissa esiteltyjä TT-laattojen pinta- ja liikuntasaumarakenteita. Käsitellään ensin Lohjan 1990-vuoden ohjeen mukainen ratkaisu pysäköintirakennusten kuormituksilla. Tämän jälkeen käydään läpi myöhemmissä pysäköintirakennusta koskevissa ohjeissa esiteltyjä ratkaisuja.

78 60 Kuvassa 3.13 on esitelty Lohjan 1990-vuoden ohjeen mukaiset pintarakenteet kuormaluokkiin III ja IV sopivissa ratkaisuissa. Kuvassa vasemmalla on esitetty ohjeet pintabetonille ja oikealla ohjeet työ-, kutistuma- ja liikuntasaumoille. Kuva Lohjan 1990-vuoden TT-laattaohjeen mukaisia pintarakenteita ja liikuntasaumoja [31, s. 13]. Nämä ohjeet on tehty pääosin TT-laatan lujuusteknisen kestävyyden pohjalta eivätkä liikuntasaumaratkaisut ole välttämättä kunnolla toimivia pysäköintirakennuksessa saumojen vuotoriskin takia. Liikuntasaumoille on esitetty esimerkkiratkaisuksi vuonna 1995 ilmestyneessä Valmisosarakentaminen I osa C -kirjassa kuvan 3.14 ratkaisut. Kuva Pysäköintirakennuksen liikuntasaumaratkaisuja [66, s. 42]. Pysäköintirakennuksissa on todennäköisemmin käytetty kuvan 3.14 tapaisia ratkaisuja Lohjan vanhojen ohjeiden yleisratkaisujen sijaan. Kuvassa 3.15 on pintarakenteen rakenne-esimerkkejä, jotka on esitetty vuonna 1992 RIL K kirjassa. Kuva Pysäköintirakennuksen TT-laatan pintarakenne-esimerkkejä [49, s. 97].

79 61 Näistä kaksi ensimmäistä ovat pääosin Lohjan vanhan ohjeen mukaisia. Näillä rakenteilla päästään taulukon 3.18 mukaan vähintään 17 m:n jänneväliin kuormaluokissa III ja IV ripaleveyttä säätämällä ja huomioimalla liittovaikutus. Ensimmäisessä rakenteessa pintalaatta on jälkijännitetty tartunnattomilla jänteillä, mikä on erityisesti pysäköintirakennuksissa hyvä ratkaisu pinnan paremman tiiveyden takia. Kolmas ratkaisu on outo: sen mukaista TT-laattaa ei löydy ainakaan Lohjan 1990-vuoden ohjeista ja se on asfalttipintainen. Täten ratkaisu on todennäköisesti Suomessa harvoin käytetty tai ollut käytössä ennen 1990-lukua TT-laattarakenteen palkit TT-laattojen tukena ovat usein leukapalkit, mutta myös suorakaidepalkit tai seinät ovat mahdollisia. Palkit voivat olla jännitettyjä ja ne voidaan suunnitella toimimaan liittorakenteena TT-laatan kanssa. Punosmääriä ja raudoitusta ei voida helposti arvioida kapasiteettikäyrästöistä palkin liittorakennevaikutuksen takia ja palkki voi olla myös jatkuva. Käydään tässä läpi mm korkeaa TT-laattarakennetta tukevien leukapalkkien mittasuositukset, jonka avulla saadaan suuntaa-antavaa tietoa palkkien dimensioista. Erityisesti jännitetyillä leukapalkeilla on käytettävä pohjastaan moduulilevyisiä palkkeja jännitysalustoista johtuen [67, s. 71]. Taulukossa 3.19 on esitetty leukapalkkien mittasuositukset. Kuvasta 3.11 selviää, mitä taulukon merkinnät tarkoittavat. Taulukko Leukapalkkien mittasuositus, TT-laatat [67, s. 73]. Palkin korkeus H [mm] Palkin leveys B [mm] L [mm] h1 [mm] h2 [mm] , 380, , , , , Mittasuosituksia 700 mm korkeampien TT-laattojen leukapalkeille ei löytynyt. Näissä on todennäköisesti käytetty vain korkeampaa palkkia, koska moduulileveyden noudattaminen on korkeutta tärkeämpi. Toisaalta taulukon 3.18 perusteella korkeampien laattojen käyttö pysäköintirakennuksissa ei ole kovin monissa tapauksissa tarpeellista. 3.8 Jälkijännitetty paikallavalettu pysäköintirakennus Paikallavalettuja tartunnattomilla jänteillä jälkijännitettyjä pysäköintirakennuksia on rakennettu Suomessa jo 1980-luvun lopulta. Myöhemmin niiden osuus on lisääntynyt tasaisesti. [4.] Erityisesti 1990-luvun puolen välin jälkeen niitä on alettu tehdä yleisemmin. Liitteen 1 kohteista voidaan päätellä, että paikallavalurakentaminen ja jälkijännittäminen on soveltunut erityisesti suurempiin erillisiin pysäköintirakennuksiin, joustavaa mittajärjestelmää vaativiin kohteisiin (esimerkiksi saneerauskohteessa kellariin tehtävät pysäköintitilat) sekä epätyypillisen muotoisiin pysäköintirakennuksiin.

80 62 Tässä kappaleessa luetellaan ensin erilaisia jälkijännitettyjä pilarilaattarakenteita ja niiden soveltuvia jännevälejä. Tämän jälkeen käydään läpi tyypillisen kokoiseen pysäköintirakennukseen soveltuva yleisesti käytetty rakennejärjestelmä. Seuraavaksi käsitellään tarkemmin kyseisen rakennejärjestelmän laatan, palkkikaistojen ja saumojen yksityiskohtia. Tässä rakenteita on tutkittu vanhojen, mutta myös 2000-luvulla tehtyjen, ohjeiden mukaan. Lähteenä on käytetty myös liitteessä 1 tutkittuja toteutuneita kohteita luvulta ja 2000-luvun alulta. Paikallavalurakentaminen on joustavampaa kuin elementtirakentaminen, joten vaihtelua rakenteiden mitoissa, punosmäärissä ja raudoituksessa on enemmän. Tämän tutkimuksen avulla ei voida siis tehdä varmoja päätelmiä yleisimmistä rakenteista, mutta saadaan suuntaa-antavia tietoja ja suuruusluokkatietoja Paikallavalettuja jälkijännitettyjä pilarilaattarakennetyyppejä Jälkijännitetyissä pilarilaatoissa tartunnattomat jännepunokset ankkureineen valetaan betonin sisään. Betonin riittävän kovettumisen jälkeen suoritetaan jännitystyö, jolloin jännevoima siirtyy ankkureiden välityksellä laatalle aiheuttaen siihen puristusjännitystilan. Laatta voidaan jännittää yhteen suuntaan tai ristiin. Tartunnattomina jänteinä käytetään yleensä rasvapunoksia. Jännitetyn laattarakenteen etuja verrattuna jännittämättömään on muun muassa pienet rakennekorkeudet suhteessa jännemittoihin, pienet taipumat ja halkeamat, vesitiivis rakenne ja suuret liikuntasaumavälit. [49, s ] Tasavahva massiivinen pilarilaatta sopii parhaiten kuormitukseltaan 2 5 kn/m 2 oleviin laattoihin neliömäistä pilarimoduulia käytettäessä jännevälillä 7 10 m, mutta sitä voidaan käyttää myös jänneväleihin m asti. Jännevälin ja laatan paksuuden suhde on noin kuormituksella 2 5 kn/m metrin jännevälillä tämä tarkoittaisi noin mm paksua laattaa. Kuvassa 3.16 on periaatekuva tasavahvasta massiivisesta pilarilaatasta. [49, s ] Kuva Tasavahva massiivinen pilarilaatta [49, s. 85]. Sienilaatalla vahvistettu pilarilaatta sopii kuormituksen ollessa yli 5 6 kn/m 2 tai käytettäessä tasavahvaa laattaa pidempää jänneväliä. Liikerakennuksissa ja paikoitustaloissa saadaan m:n jänneväli. Jännevälin ja laatan paksuuden suhde on noin 48 kuormituksella 2 5 kn/m metrin jännevälillä tämä tarkoittaisi noin 250 mm paksua laattaa. Kuvassa 3.17 on periaatekuva sienilaatalla vahvistetusta pilarilaatasta. [49, s ]

81 63 Kuva Sienilaatalla vahvistettu pilarilaatta [49, s. 86]. Kuppilaattaa käytetään usein pelkästään esteettisistä syistä, mutta käyttämällä jännityskaapeleita rivoissa siitä voi tulla taloudellisesti kilpailukykyinen vaihtoehto. Pilarimoduulien on oltava neliömäisiä ja jännevälien kannattaa olla luokkaa 8 12 m. Jännevälin ja laatan paksuuden suhde on noin 35 kuormituksella 2 5 kn/m 2, kun paksuus mitataan ripojen alareunasta laatan yläreunaan. 12 metrin jännevälillä tämä tarkoittaisi noin 340 mm paksua laattaa. Kuvassa 3.18 on periaatekuva kuppilaatasta. [49, s ] Kuva Kuppilaatta [49, s. 87]. Palkkikaistoilla vahvistettua pilarilaattaa käytetään erityisesti suurten kuormitusten ja suurten jännevälien yhteydessä. Pidemmän jännevälin suuntaiset palkkikaistat vahvistetaan jännityskaapeleilla samoin kuin laatta. Jännevälin ja paksuuden suhde on noin 48 laatassa ja 30 palkkikaistassa 2 5 kn/m 2 kuormituksella. 17x7,5 metrin pilariruudulla tämä tarkoittaisi noin mm paksua laattaa ja mm paksuja palkkikaistoja. Palkkien leveydet voidaan valita melko vapaasti ja ne voidaan punosten lisäksi tai sijaan raudoittaa. Kuvassa 3.19 on periaatekuva palkkikaistoilla vahvistetusta pilarilaatasta. [49, s ] Kuva Palkkikaistoilla vahvistettu pilarilaatta [49, s. 87].

82 64 Ripalaatalla päästään jänneväleihin m asti. Tämä on vaihtoehto tehdasvalmisteisille elementeille. 2 5 kn/m 2 kuormituksella ripaetäisyys on noin 1,5 m ja jännevälin ja paksuuden suhde on noin 35. Paksuudella tarkoitetaan todennäköisesti etäisyyttä rivan alareunasta laatan yläreunaan. 20 metrin jännevälillä tämä tarkoittaisi noin 570 mm korkeaa ripaa. Kuvassa 3.20 on periaatekuva ripalaatastosta. [49, s ] Kuva Ripalaatasto [49, s. 88]. RIL K kirjan mukaan näistä ratkaisuista vain palkkikaistoilla vahvistetut pilarilaatat ja ripalaatat käyvät hyvin pysäköintirakennuksiin niiden mahdollistaman riittävän suuren jännevälin ansiosta. Muita ratkaisuja voi kuitenkin esiintyä jännitettynä tai jännittämättömänä rakenteena ennen 1990-lukua tehdyissä pysäköintirakennuksissa vanhojen, pienempien tilavaatimusten takia. Liitteessä 1 on esimerkiksi 1974-vuoden kohde, jossa on paikallavalettu tasavahva massiivinen pilarilaatta. Vaikka kirjan mukaan ripalaatasto sopii ratkaisuksi erinomaisesti pysäköintijärjestelyjä ajatellen, ratkaisu ei vaikuta kovinkaan yleiseltä liitteen 1 ja myöhemmin julkaistujen paikallavalettujen jälkijännitettyjen pysäköintirakennusten ohjeiden perusteella. [49, s ; 3] Täten palkkikaistoilla vahvistettu pilarilaatta vaikuttaa olevan näistä selvästi yleisin ratkaisu ja sitä tutkitaan tarkemmin seuraavissa kappaleissa Tyypillisen pysäköintirakennuksen runkojärjestelmä ja mitat Kuten kappaleen lopussa todettiin, palkkikaistoilla vahvistettu pilarilaatta on pysäköintirakennuksissa yleisin jälkijännitetty paikallavalettu rakenneratkaisu. Tarkastellaan tässä runkojärjestelmää ja yleisiä moduulimittoja tarkemmin. Perustukset, pilarit ja vaakarakenteet ovat paikallavalettuja. Palkkikaistojen jännittämisen lisäksi laatta on jälkijännitetty rasvapunoksin yleensä molempiin suuntiin jatkuvana rakenteena. Erillistä pintavalua ei ole. Kantavana pystyrakenteena on yleisimmin pilarirunko, jossa pilarit on mitoitettu kerroksittain nivelellisesti tuettuina sauvoina ja runko on jäykistetty seinillä tai ristikoilla. [3.] Jännemitta palkkikaistojen suunnassa on tyypillisesti 16 metriä runkosyvyyden ollessa 17 metriä. Tällöin pilarit on irrotettu seinälinjasta noin 0,5 m. Pilariväliksi muodostuu tavallisesti 5,0 tai 7,5 m, mutta paikallavalettu rakenne on joustava myös muille pilariväleille. [3.]

83 Laattaosan paksuus ja punokset Kuten tässä työssä on aiemmin todettu, laatan jännevälin ja paksuuden suhde on RIL K :n mukaan noin 48 kuormituksella 2 5 kn/m 2 [49, s ]. Laatan jännevälillä tarkoitetaan tässä pilarijakoa, joka on tyypillisesti 5,0 tai 7,5 m. Sama arvo tälle suhteelle on annettu by 27 -kirjassa tasapaksulle välipohja- tai alapohjalaatalle [14, s. 7]. Kuvassa 3.21 on laadittu tätä ohjetta vastaava kuvaaja laatan minimipaksuudesta pilariväleillä 4,0 9,0 m. Muista rakenteellisista syistä laatan vähimmäispaksuus lienee pienillä jänneväleillä suurempi kuin tässä esitetty. Minimipaksuus [mm] Jänneväli (=pilariväli) [mm] Kuva Jälkijännitetyn laatan minimipaksuus jännevälin suhteen. Yhdessä yleisesti käytetyssä rakennejärjestelmässä laatan vahvuus on 160 mm, kun palkkikaistojen väli on 7,2 metriä ja hyötykuorma 3 kn/m 2 [3, s. 5]. Kuvan 3.21 kuvaajan perusteella tällä palkkikaistajaolla laatan paksuus on vähintään 150 mm eli 160 mm laatta käy. Toisen lähteen mukaan laatan vahvuus pysäköintirakennuksessa on mm pilarijaon ollessa 5,4 8,0 m ja jännevälin 16,0 18,0 m, mutta lähteessä tarkoitetaan todennäköisesti jännittämätöntä laattaa [24; s.40]. Käydään läpi liitteessä 1 tutkittujen jälkijännitettyjen paikallavalettujen pysäköintirakennusten laattojen paksuuksia. Taulukossa 3.20 on listattu tutkittujen vuosina valmistuneiden jälkijännitettyjen kohteiden laattojen paksuuksia pilarien jakovälin mukaan. Taulukko Liitteen 1 paikallavalettujen jälkijännitettyjen laattojen paksuuksia. Pilarijako Laatan paksuus Pilarijako Laatan paksuus 7500 mm 150 mm 5000 mm 150 mm 7200 mm 150 mm 5000/7500 mm 150/160 mm 5300 mm 160 mm 5000 mm 150 mm 4800 mm 150 mm 4800 mm 150 mm 5000 mm 150 mm 7500 mm 160 mm 5000 mm 150 mm 5000 mm 150 mm

84 66 Kuten taulukosta nähdään, laatan paksuutena on käytetty pääosin 150 mm tai 160 mm vaihtelevilla jänneväleillä. Betonin lujuutena on lähes poikkeuksetta käytetty K40-1 ja laukaisulujuutena 28 MPa tai 32 MPa. Tartunnattomien jänteiden ohjeen by 27 mukaan rakenne on suunniteltava siten, että vaikka yksi samassa poikkileikkauksessa toimivista jänteistä vaurioituu käyttökelvottomaksi, rakenteella on riittävä varmuustaso ja säilyvyys. Laattarakenteessa jänteen kanssa samaan poikkileikkaukseen katsotaan kuuluvan ne jänteet, jotka sijaitsevat jänteestä 1/3 jännemitan levyisellä alueella jänteen kummallakin puolella. [14, s. 2] Liitteessä 1 punostustietoja on saatavilla kuudesta kohteesta, joiden perusteella punosten lujuuluokka on yleensä St 1550/1770 ja halkaisija 15,7 mm. Jakoväli laatassa vaihtelee välillä k710 k1000 mm. Jännitysvoimana on käytetty pääosin noin 200 kn punosta kohti Palkkikaistojen dimensiot ja punokset Palkkikaistan jännevälin ja paksuuden suhde oli RIL K :n mukaan noin 35 kuormituksella 2 5 kn/m 2 [49, s ]. Sama arvo tälle suhteelle on annettu by 27 - kirjassa pilarikaistan alueelle, jos laatta ei ole tasapaksu [14, s. 7]. Kuvassa 3.22 on laadittu tätä ohjetta vastaava kuvaaja palkkivahvennoksen minimikorkeudesta jänneväleillä m. Palkkien leveydet voi valita melko vapaasti. 600 Minimikorkeus [mm] Kuva Jälkijännitetyn palkkivahvennetun pilarilaatan palkkikaistan minimikorkeus jännevälin suhteen. Kuvaajan mukaan jännevälillä m palkkivahvennoksen minimikorkeus on noin mm. Kuvassa 3.23 on yksi yleisesti käytetty rakennejärjestelmä palkkivahvennoksen korkeuden valintaan, kun laatan paksuus on 160 mm, pilarijako 7200 mm ja hyötykuorma 3 kn/m Jänneväli [mm]

85 67 Kuva Yleisesti käytetty jälkijännitetyn palkkivahvennetun pilarilaatan rakennejärjestelmä. [3, s. 5] Kuvan 3.23 rakennejärjestelmässä palkkikaistan korkeudeksi 16,0 17,0 m:n jännevälillä tulee mm. Toisen lähteen mukaan palkkikaistan korkeus pysäköintirakennuksessa on mm pilarijaon ollessa 5,4 8,0 m ja jännevälin 16,0 18,0 m, mutta tämä tarkoittanee jännittämättömän rakenteen mittoja, kuten aiemmin todettiin [24, s. 40]. Taulukossa 3.21 on palkkikaistojen mittoja liitteen 1 kohteista. Taulukko Liitteen 1 paikallavalettujen pilarilaattojen palkkivahvennosten mittoja. Jänneväli/pilarijako [mm] Palkkikaista HxB [mm 2 ] Jänneväli/pilarijako [mm] Palkkikaista HxB [mm 2 ] 14100/ x / x / x / x / x / x / x / x / x500/ / x / x / x700 Palkkikaistan korkeus on ilmoitettu palkin alapinnasta laatan yläpintaan. Nämä palkkikaistojen korkeudet ovat kuvien 3.22 ja 3.23 minimiarvoja melko paljon suurempia. Leveydet vaihtelevat paljon, kuten aiemmin oli todettu. Kuten laatalla, palkkikaistojen betonin lujuus on lähes poikkeuksetta K40-1 ja laukaisulujuus 28 MPa tai 32 MPa. Tartunnattomien jänteiden ohjeen by 27 mukaan rakenteen toimivaan poikkileikkaukseen on sijoitettava yksi ylimääräinen jänne. Tämä poikkileikkaus määriteltiin kappaleessa tarkemmin. [14, s. 2] Liitteessä 1 punostustietoja on saatavilla kuudesta kohteesta. Punosmäärät vaihtelevat palkeissa huomattavasti riippuen dimensioista ja kuormista, joten mitään yleispäteviä sääntöjä on vaikea määritellä. Punosten ja jännittämisen tiedot ovat samoja kuin laatalle eli punosten lujuusluokka on St 1550/1770, halkaisija 15,7 mm ja jännitysvoima yleensä noin 200 kn punosta kohti.

86 Jälkijännitetyn paikallavalurakenteen liikuntasaumat Kylmässä pysäköintirakennuksessa lämpötilat voivat vaihdella välillä C, joten lämpöliikkeet ovat suuria [2]. Täten kylmissä rakennuksissa tarvitaan liikuntasaumoja tiheämmin kuin tasalämpöisissä rakennuksissa. Liikuntasaumavälin ei tule yleensä ylittää 40 metriä tai muuten pysty- ja vaakarakenteiden liitosten suunnitteluun on kiinnitettävä erityistä huomiota. [3, s. 6] Kuvassa 3.24 on esimerkki liikuntasaumasta. Kuva Esimerkki liikuntasaumasta jälkijännitetyssä paikallavaletussa pysäköintirakennuksessa [2, s. 49]. Kuvassa katkoviivalla tarkoitetaan vedenpoistouraa. Vaihtoehtoisesti sauma voidaan toteuttaa käyttämällä vesitiiviitä liikuntasaumalaitteita. Veden kulkeutumista liikuntasaumojen yli tulee välttää. [3.] 3.9 Pysäköintirakennusten pystyrakenteet ja jäykistys Käsitellään tässä kappaleessa pintapuolisesti pysäköintirakennuksissa käytettyjä jäykistysjärjestelmiä ja pystyrakenteita. Elementtirakenteiset ja paikallavaletut erilliset rakennukset on käsitelty erikseen. Lopuksi käydään läpi muun kiinteistön yhteyteen, usein kellariin tehtäviä pysäköintitiloja ja kyseisen rakennuksen jäykistystä. Jäykistysjärjestelmiä on tutkittu pääosin kirjallisuudesta; ne eivät ole periaatteeltaan merkittävästi muuttuneet 1990-luvulta. Liitteen 1 rakenneselvityksessä on selvitetty joidenkin toteutuneiden kohteiden jäykistystä ja pystyrakenteiden tietoja Erillinen elementtirakenteinen pysäköintirakennus Pysäköintirakennukset ovat usein pilari-palkkirunkoisia, jossa pilarit ovat poikkileikkaukseltaan neliöitä, pyöreitä tai suorakaiteen muotoisia. Pilarit mitoitetaan tavallisesti kerroksittain nivelellisesti tuettuna sauvoina, jos rakennusrunko on jäykistetty seinillä tai ristikoilla. Elementtipalkit kannatellaan konsoleiden päältä. Pilarit voidaan korvata rakennuksen keskellä myös seinärakenteella. [66.] Rakennusrungon kukin liikuntasaumaväli jäykistetään pystysuunnassa perustuksiin ulokkeena tukeutuvilla betoniseinillä tai betonipilareiden väliin rakennettavilla teräsristikoilla. Pienimuotoisissa, enintään kaksikerroksisissa pysäköintirakennuksissa jäykistys voidaan toteuttaa myös mastopilareilla. Jäykistävien seinien sijoittelu on haastava tehtävä, koska toisaalta ne eivät saa häiritä pysäköintirakennuksen toimintaa, mutta toisaalta ne pitäisi sijoittaa rakennukseen mahdollisimman tasaisesti, jotta voimat jakautuisivat

87 69 tasaisesti kaikille rakenneosille. Jännitettyjä pintarakenteita käytettäessä jännityskaapeleiden suuntaiset jäykistävät seinät ja ristikot sijoitetaan jännitettävän liikuntasaumavälin keskelle. Vaihtoehtoisesti tämä voidaan tehdä irrottamalla laatasto jäykistävistä rakenteista jännitystyön ajaksi. [66.] Pilareiden mitat riippuvat huomattavasti kohteesta ja kerrosmäärästä. Liitteen 1 perusteella pysäköintirakennusten elementtipilareiden sivumitat ja halkaisijat vaihtelevat tyypillisesti välillä mm. Lujabetonin suunnitteluohjeen perusteella elementtipilareita valmistetaan tyypillisesti lujuusluokkaan K40 K80 [33]. Liitteessä 1 tutkitut elementtipilarit ovat paikasta ja mitoista riippuen tällä lujuusluokkavälillä Erillinen paikallavalettu pysäköintirakennus Paikallavaletuissa pysäköintirakennuksissa kantava pystyrakenteena on yleisimmin paikallavalettu pilarirunko. Kuten elementtirakenteisessakin rakennuksessa, pilarit ovat poikkileikkaukseltaan neliöitä, pyöreitä tai suorakaiteen muotoisia ja ne mitoitetaan tavallisesti kerroksittain nivelellisesti tuettuna sauvoina, jos rakennusrunko on jäykistetty seinillä tai ristikoilla. [3.] Rakennusrunko voidaan jäykistää pystysuunnassa perustuksiin ulokkeena tukeutuvilla betoniseinillä tai betonipilareiden väliin rakennettavilla teräsristikoilla. Paikallavaletuissa rungoissa myös kehäjäykistys on varsin yleinen, kuten liitteen 1 kohteista voidaan päätellä. Jäykistävät seinät ja ristikot tulee sijoittaa siten, että tason liikkeet niiden suhteen ovat pieniä tai vaihtoehtoisesti suunnitella rakenteet kestämään siirtymät vaurioitumatta. Kuvassa 3.25 on erilaisia jäykistysvaihtoehtoja seinien sijoittelusta, joissa pakkovoimien epäsuosiolliset vaikutukset on minimoitu. Kuvassa seinät 1 ja 2 on sijoitettu siten, ettei jäykässä suunnassa ole muodonmuutoksia ja heikossa suunnassa liikkeet pääsevät tapahtumaan esteettä. Seinän 3 suhteen ei tapahdu liikkeitä. [3.] Kuva Jäykistysvaihtoehtoja [3, s. 6]. Pilareiden mitat riippuvat huomattavasti kohteesta ja kerrosmäärästä. Liitteen 1 perusteella pysäköintirakennusten pilareiden sivumitat ja halkaisijat vaihtelevat välillä

88 mm. Pilareissa käytetyn betonin lujuusluokka vaihtelee välillä K40 K80 liitteen 1 perusteella Pysäköintitilat muun rakennuksen yhteydessä Kun pysäköintitiloja tehdään toimisto-, liike- ja asuinrakennusten yhteyteen, pystyrakenteet määräytyvät pääosin muun rakennusrungon mukaan. Tilat sijaitsevat usein kellarissa tai alimmassa kerroksessa. Vaakarakenteissa sovelletaan pitkälti erillisen pysäköintirakennuksen ratkaisuja. Riippuu muun rakennuksen rakentamistavasta, rakennetaanko pysäköintitilat elementeistä vai paikallavalaen. Koska toimisto- ja asuinrakentamisessa elementtien käyttö on nykyään hyvin yleistä, käsitellään tässä elementtirakennuksen yhteyteen tehtäviä pysäköinnin pystyrakenteita ja jäykistystä. Paikallavalaminen on korjaus- ja täydentämisrakentamisessa yleisempää kuin uudisrakentamisessa. Elementtirakenteisessa asuinkerrostalossa on yleensä runkojärjestelmänä välipohjalaatasto, joka tukeutuu kantavien väliseinien ja ulkoseinien varaan. Jos alimpaan kerrokseen halutaan tehdä pysäköintitiloja, käytetään alimmassa kerroksessa yleensä pilaripalkkirunkoa, jossa palkkilinja on sijoitettu ylempien kerrosten kantavien seinälinjojen alle. [66.] Periaate on esitetty kuvassa Kuva Pilari-palkkirunko asuinkerrostalon 1. kerroksessa [66, s. 10]. Palkin yläpuolinen seinärakenne mitoitetaan yleensä seinämäisenä palkkina, jolloin palkille tulee kuormitusta vain yhdeltä välipohjatasolta. Seinien korvaaminen pilaripalkkirungolla vähentää jäykistävien seinien määrää, joten jäykistävien seinien riittävyys on yleensä tarkastettava pysäköintitilallisissa asuinkerrostaloissa. [66.] Toimistorakennuksissa käytetään yleensä muutenkin pilari-palkkirunkoa, joten pysäköintitilojen suunnittelu alimpaan kerrokseen ei vaadi niin paljoa erikoisjärjestelyjä. Pilarit ovat yleensä monikerroksisia ja niiden mitta määräytyy rasitetuimman kohdan mukaan. Jos pysäköintitilallisessa pohjakerroksessa halutaan käyttää suurempaa pilaria kuin ylempänä, voitaan muotoa kasvattaa vain toiseen suuntaan, jottei se vähentäisi autopaikkojen määrää tai vaikeuttaisi pysäköintiä. [66.]

89 71 4 RAKENTEELLISET ONGELMAT JA RISKIT Tässä kappaleessa käsitellään pysäköintirakennusten rakenteisiin liittyviä ongelmia ja riskejä. Pääpaino on noin 1990-luvulla rakennettujen kohteiden ja 1990-luvun ohjeiden mukaisten kohteiden riskien analysoinnilla. Aluksi on analysoitu laskennallisesti kahta pysäköintirakennuksessa tyypillisesti käytettyä kuori- ja ontelolaattaa. Seuraavaksi on käsitelty tartunnattomilla jänteillä jälkijännitetyn paikallavaletun pysäköintirakennuksen yhden palkkikaistan kestävyyttä. Rakenteiden laskennallinen analysointi on tehty kasvattamalla tasojen kuormaa ja laskemalla eri mitoituskriteerien käyttöasteita tietyillä kuormien arvoilla. Laskennassa tehdyt yksinkertaistukset ja huomioitavat asiat on selitetty kyseisissä kappaleissa. Laskelmat on tehty pääosin Mathcadilla ja Excelillä. Liitteessä 10 on selostus Mathcadilla tehtävistä laskelmista ja sen merkinnöistä. Se on tarkoitettu lukijalle, jolle ohjelma ei ole entuudestaan tuttu. Excelin oletetaan olevan jo ennestään tuttu. Excelillä tehtyjen laskelmien tulokset on esitetty myös graafisessa muodossa liitteessä 19. Seuraavaksi on vertailtu vanhojen ympäristöluokkien ja nykyisten rasitusluokkien soveltamista pysäköintirakennuksiin sekä ympäristörasitusten asettamia betonipeite- ja lujuusvaatimuksia. Tämän avulla voidaan arvioida, huomioiko nykyohjeistus joitain asioita 1990-luvun ohjeita paremmin eli ovatko 1990-luvun rakenteet riskialttiimpia ympäristörasituksille kuin nykyisten ohjeiden mukaan tehdyt. Lopuksi käsitellään pintapuolisesti joitain pysäköintirakennusten yleisesti tunnettuja ongelmia ja riskitekijöitä. 4.1 Ontelo- ja kuorilaattojen analysointi kuormituksen kasvaessa Tässä kappaleessa analysoidaan laskennallisesti joidenkin tyypillisten pysäköintirakennuksessa käytettävien kuori- ja ontelolaattarakenteisten kansirakenteiden kestävyyttä. Analysointi tehdään kahdessa osassa: aluksi kasvatetaan pinnan lyhytaikaista kuormaa (hyötykuorma) q k taivutus- tai leikkausmurtoon asti käyttämällä kuormien ja kestävyyksien karakteristisia arvoja. Koska varsinaista murtorajatilatarkastelua ei tehdä varmuuskertoimilla, kuorman pitkäaikaisuus vaikuttaa pelkästään muodonmuutosominaisuuksiin viruman takia. Seuraavaksi lasketaan murtorajatilan mukaiset käyttöasteet. Pistekuormia ei tarkastella. Kunkin tarkasteltavan asian käyttöaste on merkitty taulukkomuodossa pysäköintirakennusten tyypillisillä hyötykuormilla 2,5 kn/m 2, 5,0 kn/m 2 ja rajoittamattoman liikenteen hyötykuormalla 10,0 kn/m 2 sekä aina, kun jonkin tarkasteltavan asian käyttöasteeksi tulee 100 %. Tarkastelussa ei huomioida laatastoa tukevan palkkirakenteen kestävyyttä.

90 72 Kun rakenteen halkeilukapasiteetti ylitetään, jännityksiä ja taipumaa ei voida enää laskea tässä työssä esitetyillä kaavoilla, jolloin tarkastellaan pelkkää murtumista. Taipuma-arvoja kuitenkin lasketaan vertailun vuoksi halkeilemattoman poikkileikkauksen mukaan, jolloin saadaan todellista pienempiä arvoja. Alapinnan halkeamien leveyksiä arvioidaan murtumisen aiheuttamilla kuormilla. Laskennassa huomioitavat asiat käsitellään tarkemmin kunkin rakenteen omassa kappaleessa. Kuorilaatoista käsitellään laatat KL120/200 ja KL120/220. Ontelolaatoista käsitellään 400 mm paksu ontelolaatta pintavalun liittovaikutuksen kanssa ja ilman sekä 500 mm paksu ontelolaatta ilman pintabetonia. Jännevälit on valittu pysäköintirakennusten tyypillisten mittojen mukaan Kuorilaatan KL120/200 (L=5000) analysointi Tutkitaan kuorilaattaa KL120/200, jonka lähtötietoina käytetään seuraavaa: suunnittelukuorma 2,5 kn/m 2 (kuormaluokka IV) h 1 = 120 mm (kuorilaatta), h 2 = 80 mm (pintavalu) b = 1200 mm L = 5000 mm, tuen leveys 240 mm punokset St 1570/1770, betoni K50-1 kuorilaatoissa ja K40-1 pintabetonissa punoksia 12X (d = 9,3 mm), alkujännitys 1200 MPa, ankkurointipituudeksi on arvioitu 600 mm peitepaksuus 30 mm, punokset noin 35 mm:n etäisyydellä alapinnasta laukaisu 1 d:n ja rakentaminen 14 d:n päästä valusta tehty ilman asennusaikaisia tukia arvataan 2-leikkeiset ansaat (d = 12 mm, S235) yhteensä 8 kpl, sileä sauma mitoitetaan 1-aukkoisena, pintalaatan raudoitusta ei tutkita käytetään kokonaisjännityshäviöinä tuotestandardin mukaista likiarvoa [55]. Listataan seuraavaksi laatasta taulukkoon kirjattavat mitoituskriteerit. Laskenta lopetetaan, kun jokin lihavoiduista kohdista saavuttaa käyttöasteen noin 100 %. Koska elementin ja pintavalun välisen sauman tyypillinen karheus ja ansasmäärät eivät ole selvillä, jatketaan laskentaa, vaikka sauma näissä laskelmissa tehdyillä oletuksilla pettäisikin. Kursivoitujen kohtien laskenta lopetetaan sen jälkeen, kun poikkileikkaus halkeilee. Kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamia jännityksiä sekä ankkuroinnin kestävyyttä ei tutkita. taivutuskestävyys leikkauskestävyys elementin ja pintavalun sauman kestävyys taipumaraja L/250; halkeilun alettua laskentaa jatketaan halkeilemattoman poikkileikkauksen mukaan, mikä antaa liian pieniä arvoja halkeilukapasiteetti alapinnassa puristusjännitys pintavalun yläpinnassa ja elementin yläpinnassa (sallitut jännitykset)

91 73 Laskelmat on suoritettu liitteessä 4A. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet löytyvät taulukosta 4.1. Merkinnät tarkoittavat seuraavaa: M Rk = taivutuskestävyys V c0 = leikkauskestävyys ilman jännevoiman positiivista vaikutusta V Rk = leikkauskestävyys, kun jännevoiman vaikutus on huomioitu v Rk = elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyys w max = taipumaraja = L/250 t,1 = kuorilaatan halkeilukapasiteetti = 1,7*f ctk,1 c,1 = kuorilaatan sallittu puristusjännitys = -0,5*C 1 c,2 = pintavalun sallittu puristusjännitys = -0,5*C 2 Taulukko 4.1. KL120/200-12X -laatan (L=5000) laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] V c0 = 231,168 kn (1 M Rk V Rk v Rk w max t,1 c,1 c,2 147, ,843 4, ks. (1 20 mm knm kpa MPa MPa MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,356 12,69 2,80 16,16 16,01 < 0 26,85 0 2, ,356 19,04 4,21 24,24 20,58 < 0 28,17 7,50 5, ,356 25,39 5,61 32,32 25,14 < 0 29,50 15,00 10, ,356 38,08 8,41 48,48 34,27 30,25 32,15 30,01 17, ,356 56,01 12,37 71,29 47,16 99,92 35,89 51,20 25, ,356 78,55 17,35 99,99 63,37 (2 34,38 1,95 450,997 99,98 22,63 78,78 (2 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Poikkileikkaus on halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 34,38 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 17,61 ja halkeaman ominaisleveys punoksen lisävenymän s1 (12,38 ) avulla laskettuna on 3,87 mm. Taipuma on alakanttiin laskettuna murtokuormalla 15,8 mm. Liitteessä 4B on laskettu sama laatta murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 4.2.

92 74 Taulukko 4.2. KL120/200-12X -laatan (L=5000) laskenta, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd v Rd V c0 = 171,243 kn (1 126,281 knm ks. (1 233,921 kpa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,486 17,82 4,54 38,78 2, ,486 29,70 7,57 64,64 5, ,486 41,57 10,60 90,49 5, ,486 45,90 11,70 99,90 10, ,486 65,33 16,65 17, ,486 99,97 25,48 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Taivutusmurto tapahtuu murtorajatilassa hyötykuorman karakteristisella arvolla 17,29 kn/m 2, jos sauman rikkoutuminen ei ole oikeasti mitoittava tekijä. Taulukon 4.1 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 17,06 kn/m 2 pintakuormalla, kun halkeilu alkaa, joten rakenne pysyy hyväksyttävissä rajoissa selvästi tavallisia suunnittelukuormia suuremmilla kuorma-arvoilla Kuorilaatan KL120/220 (L=7500) analysointi Tutkitaan kuorilaattaa KL120/220, jonka lähtötietoina käytetään seuraavaa: suunnittelukuorma 2,5 kn/m 2 (kuormaluokka IV) h 1 = 120 mm (kuorilaatta), h 2 = 100 mm (pintavalu) b = 1200 mm L = 7500 mm, tuen leveys 240 mm punokset St 1570/1770, betoni K50-1 kuorilaatoissa ja K35-1 pintabetonissa punoksia 18 (d = 12,5 mm), alkujännitys 1200 MPa, ankkurointipituudeksi on arvioitu 800 mm peitepaksuus 30 mm, punokset noin 36 mm:n etäisyydellä alapinnasta laukaisu 1 d:n ja rakentaminen 14 d:n päästä valusta tehty ilman asennusaikaisia tukia arvataan 2-leikkeiset ansaat (d = 12 mm, S235) yhteensä 16 kpl, karhea sauma mitoitetaan 1-aukkoisena, pintalaatan raudoitusta ei tutkita käytetään kokonaisjännityshäviöinä tuotestandardin mukaista likiarvoa [55]. Laskelmat tehdään vastaavalla tavalla kuin kohdan KL120/200-laatalla. Laskentakaavoja ei ole esitetty Mathcadissa uudestaan, koska ne vastaavat liitteiden 4A ja 4B kaavoja. Liitteessä 5 on esitetty laskennan väliarvoja todellisilla kuormilla ja murtorajatilassa. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet löytyvät taulukosta 4.3.

93 75 Taulukko 4.3. KL120/ laatan (L=7500) laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] V c0 = 276,585 kn (1 M Rk V Rk v Rk w max t,1 c,1 c,2 348, ,992 4, ks. (1 30 mm knm kpa MPa MPa MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,171 13,32 4,06 17,48 64,39 < 0 69,84 0 2, ,171 19,37 5,90 25,43 76,38 < 0 71,30 16,15 5, ,171 25,43 7,74 33,38 88,36 < 0 72,76 32,31 7, ,171 31,29 9,53 41,07 99,96 < 0 74,17 47,94 10, ,171 37,53 11,43 49,27 < 0 75,68 64,61 15, ,171 50,78 15,47 66,66 84,76 78,87 99,96 16, ,171 52,81 16,09 69,33 99,85 79,36 25, ,171 76,15 23,20 99,98 35, ,171 99,98 30,45 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 35,79 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 8,19 ja halkeaman ominaisleveys punoksen lisävenymän s1 (2,67 ) avulla laskettuna on 0,59 mm. Taipuma on alakanttiin laskettuna murtokuormalla 70,8 mm. Liitteessä 5 on laskettu sama laatta myös murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 4.4. Taulukko 4.4. KL120/ laatan (L=7500) laskenta, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd v Rd V c0 = 204,878 kn (1 287,926 knm ks. (1 320,996 kpa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,756 19,34 6,57 41,96 2, ,756 31,06 10,56 67,39 5, ,756 42,78 14,54 92,82 5, ,756 46,07 15,65 99,94 10, ,756 66,23 22,50 17, ,756 99,99 33,97 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Taivutusmurto tapahtuu murtorajatilassa hyötykuorman karakteristisella arvolla 17,20 kn/m 2, jos sauman rikkoutuminen ei ole oikeasti mitoittava tekijä. Taulukon 4.3 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 7,42 kn/m 2 kuormalla, kun taipumaraja L/250 ylittyy, joten rakenne pysyy hyväksyttävissä rajoissa tavallisia suunnittelukuormia suuremmilla kuorma-arvoilla.

94 Ontelolaatan h=400 analysointi liittorakenteena Tutkitaan 400 mm paksua ontelolaattaa, jonka lähtötietoina käytetään seuraavaa: suunnittelukuorma 2,5 kn/m 2 (kuormaluokka IV) h = 400 mm, b = 1200 mm poikkileikkausmitat määritetty Parman P40-laatan pohjalta yksinkertaistettuna rakenteena, joka on esitetty laskelmissa L = mm (pilariruutu 17000), tuen leveys 150 mm pintavalu 80 mm, joka huomioidaan liittorakenteena punokset St 1570/1770, betoni K60-1 ontelolaatoissa ja K35-1 pintabetonissa punoksia 13 (d = 12,5 mm), alkujännitys 1100 MPa, ankkurointipituudeksi on arvioitu 800 mm peitepaksuus 30 mm, punokset noin 35 mm:n etäisyydellä alapinnasta laukaisu 1 d:n ja rakentaminen 28 d:n päästä valusta karhea sauma ontelolaatan ja pintavalun välissä arvioidaan kokonaisjännityshäviöiksi 20 %. Listataan seuraavaksi laatasta taulukkoon kirjattavat mitoituskriteerit. Laskenta lopetetaan, kun jokin lihavoiduista kohdista saavuttaa käyttöasteen noin 100 %. Leikkaus-vetokestävyyden laskennassa ei ole huomioitu kapasiteettia pienentävää tuen taipumaa. Kursivoitujen kohtien laskenta lopetetaan sen jälkeen, kun poikkileikkaus halkeilee. Kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamia jännityksiä sekä ankkurointia ei tutkita. taivutuskestävyys taivutus-leikkauskestävyys leikkaus-vetokestävyys elementin ja pintavalun sauman kestävyys taipumaraja L/250; halkeilun alettua laskentaa jatketaan halkeilemattoman poikkileikkauksen mukaan, mikä antaa liian pieniä arvoja halkeilukapasiteetti alapinnassa puristusjännitys ontelolaatan ja pintavalun yläpinnassa (sallitut jännitykset) Laskelmat on suoritettu liitteessä 6A. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden käyttöasteet ovat taulukossa 4.5. Merkinnät tarkoittavat seuraavaa: M Rk = taivutuskestävyys V c0 = taivutus-leikkauskestävyys ilman jännevoiman positiivista vaikutusta V Rk = taivutus-leikkauskestävyys, kun jännevoiman vaikutus on huomioitu Rk = leikkaus-vetokestävyys (ontelolaatan uuman vetokestävyys), kun ei huomioida tukirakenteen taipumaa v Rk = elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyys w max = taipumaraja = L/250 t = ontelolaatan halkeilukapasiteetti = 1,7*f ctk c = ontelolaatan sallittu puristusjännitys = -0,5*C c,2 = pintavalun sallittu puristusjännitys = -0,5*C 2

95 77 Taulukko 4.5. Ontelolaatan h=400 (L=16400) laskennallinen koekuormitus liittorakenteena. q k [kn/m 2 ] V c0 = 213,369 kn (1 (2 M Rk V Rk Rk 781,02 3,778 ks. (1 1 knm kpa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] v Rk w max t c c,2 641,99 65,6 5, kpa mm MPa MPa MPa ,74 34,35 14,61 16, ,21 < 0 40,86 0 2, ,74 47,27 20,10 22,78 6,54 60,53 49,57 47,72 18,48 4, ,74 60,08 25,54 28,61 13,02 73,74 99,99 54,53 36,82 5, ,74 60,18 25,59 28,65 13,08 73,84 (3 9, ,74 85,54 36,37 40,19 25,92 100,0 (3 10, ,74 86,01 36,57 40,41 26,15 12, ,74 99,95 42,50 46,75 33,22 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Rk :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa. 3) Poikkileikkaus on halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 12,70 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 20,50 ja halkeaman ominaisleveys punoksen lisävenymän s1 (15,75 ) avulla laskettuna on 4,40 mm. Taipuma on alakanttiin laskettuna murtokuormalla 75,35 mm. Liitteessä 6B on laskettu sama laatta murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 4.6. Taulukko 4.6. Ontelolaatan h=400 (L=16400) laskenta liittorakenteena, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd (2 Rd v Rd V c0 = 158,051 kn (1 669,883 knm ks. (1 2,508 MPa 320,996 kpa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,102 48,06 23,66 30,55 0 2, ,102 72,15 35,52 44,71 20,92 5, ,102 96,24 47,38 58,88 41,85 5, , ,00 49,23 61,08 45,11 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Rd :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa. Taivutusmurto tapahtuu murtorajatilassa hyötykuorman karakteristisella arvolla 5,39 kn/m 2. Taulukon 4.5 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 4,98 kn/m 2 kuormalla, kun halkeilu alkaa. Rakenne pysyy siis hyväksyttävissä rajoissa käytettyä suunnittelukuormaa 2,5 kn/m 2 noin 99,2 % suuremmalla kuormalla.

96 Ontelolaatan h=400 analysointi ilman liittovaikutusta Tutkitaan samaa ontelolaattarakennetta kuin kappaleessa paitsi nyt jätetään huomioimatta pintavalun liittovaikutus. Laskentakaavoja ei ole esitetty Mathcadissa, koska ne ovat helposti johdettavissa liitteiden 6A ja 6B liittorakenteen laskentakaavoissa. Liitteessä 7 on esitetty laskennan väliarvoja todellisilla kuormilla ja murtorajatilassa. Laskenta suoritetaan vastaavilla mitoituskriteereillä kuin kappaleessa Erona leikkaus-vetokestävyys on ilmoitettu leikkausvoimakestävyyden V Rk,t, ei uuman leikkausjännityskestävyyden Rk, perusteella. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 4.7. Taulukko 4.7. Ontelolaatan h=400 (L=16400) laskennallinen koekuormitus ilman liittovaikutusta.. q k [kn/m 2 ] V c0 = 199,393 kn (1 M Rk V Rk V Rk,t (2 654,702 knm ks. (1 385,608 kn 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] w max t c 65,6 mm 5,211 MPa -25 MPa ,785 40,98 15,71 16,25 47,21 < 0 40,86 2, ,785 56,38 21,61 22,35 71,65 75,24 60,37 3, ,785 61,31 23,50 24,31 95,04 99,71 66,62 5, ,785 71,79 27,52 28,46 96,08 (3 5, ,785 74,25 28,46 29,44 99,97 (3 9, ,785 99,95 38,31 39,62 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) V Rk,t :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa. 3) Poikkileikkaus on halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 9,57 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 28,30 ja halkeaman ominaisleveys punoksen lisävenymän s1 (23,54 ) avulla laskettuna on 6,58 mm. Taipuma on alakanttiin laskettuna murtokuormalla 92,3 mm. Tarkastellaan vielä laatan murtorajatila ilman liittovaikutusta. Kestävyyksien mitoitusarvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 4.8. Taulukko 4.8. Ontelolaatan h=400 (L=16400) laskenta ilman liittovaikutusta, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd V (2 Rd,t V c0 = 147,698 kn (1 563,900 knm ks. (1 258,809 kn 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,396 65,25 29,08 33,20 2, ,396 93,87 41,84 47,75 3, ,396 99,93 44,54 50,84 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) V Rd,t :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa.

97 79 Murtorajatilassa taivutusmurto tapahtuu pintakuormalla 3,03 kn/m 2. Taulukon 4.7 mukaan käyttörajatilan kriteerit (halkeilu) tulivat vastaan kuormalla 3,30 kn/m 2. Täten murtorajatila on määräävä. Rakenne pysyy siis hyväksyttävissä rajoissa käytettyä suunnittelukuormaa 2,5 kn/m 2 noin 22,0 % suuremmalla kuormalla. Liittorakenteena vastaava luku oli 99,2 % eli liittovaikutuksen huomiointi kannattaa tällä rakenteella Ontelolaatan h=500 analysointi Tutkitaan 500 mm paksua ontelolaattaa, jonka lähtötietoina käytetään seuraavaa: suunnittelukuorma 2,5 kn/m 2 (kuormaluokka IV) h = 500 mm, b = 1200 mm poikkileikkausmitat määritetään Parman P50-laatan pohjalta yksinkertaistettuna rakenteena, joka on esitetty laskelmissa L = mm (pilariruutu 17110), tuen leveys 150 mm pintarakenteena vesieristys + asfaltti (g 2 = 1,0 kn/m 2 ), ei pintavalua punokset St 1570/1770, betoni K60-1 ontelolaatoissa punoksia 13 (d = 12,5 mm), alkujännitys 1050 MPa, ankkurointipituudeksi on arvioitu 800 mm peitepaksuus 30 mm, punokset noin 35 mm:n etäisyydellä alapinnasta laukaisu 1 d:n ja rakentaminen 28 d:n päästä valusta arvioidaan kokonaisjännityshäviöiksi 20 %. Laskentaperusteet ja laskettavat asiat ovat samoja kuin kappaleessa lasketulla ontelolaatalla, jossa pintavalun liittovaikutusta ei huomioitu. Laskelmat on suoritettu liitteessä 8A. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet löytyvät taulukosta 4.9. Taulukko 4.9. Ontelolaatan h=500 (L=16600) laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] V c0 = 247,293 kn (1 M Rk V Rk V Rk,t (2 884,514 knm ks. (1 557,432 kn 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] w max t c 66,4 mm 5,211 MPa -25 MPa ,586 32,30 12,65 11,22 10,85 < 0 23,07 2, ,586 44,54 17,44 15,48 24,10 24,14 35,81 5, ,586 56,78 22,23 19,73 37,35 76,91 48,56 6, ,586 62,11 24,32 21,58 43,13 99,92 54,12 10, ,586 81,25 31,82 28,23 63,86 (3 13, ,586 99,99 39,16 34,74 84,16 (3 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) V Rk,t :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa. 3) Poikkileikkaus on halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 13,83 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 35,49 ja halkeaman ominaisle-

98 80 veys punoksen lisävenymän s1 (30,98 ) avulla laskettuna on 8,66 mm. Taipuma on alakanttiin laskettuna murtokuormalla 55,9 mm. Liitteessä 8B on laskettu sama laatta murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa Taulukko Ontelolaatan h=500 (L=16600) laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd V (2 Rd,t V c0 = 183,180 kn (1 728,955 knm ks. (1 371,494 kn 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,360 44,91 20,49 20,21 2, ,360 67,59 30,84 30,42 5, ,360 90,27 41,20 40,63 6, ,360 99,98 45,63 44,99 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) V Rd,t :n arvossa ei ole huomioitu tukirakenteen taipumaa. Taivutusmurto tapahtuu murtorajatilassa hyötykuorman karakteristisella arvolla 6,07 kn/m 2. Taulukon 4.9 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 6,09 kn/m 2 kuormalla, kun halkeilu alkaa. Rakenne pysyy siis hyväksyttävissä rajoissa suunnittelukuormaa yli kaksi kertaa suuremmalla kuormituksella. 4.2 Jälkijännitetyn paikallavaletun palkkikaistan analysointi kuormituksen kasvaessa Tutkitaan erään paikallavaletun rasvapunoksilla jälkijännitetyn pysäköintitason palkkikaistaa. Tarkoituksena on selvittää laskennallisesti kuormaa kasvattamalla, paljonko rakenteessa on ylimääräistä varmuutta murto- ja käyttörajatilan mitoituskriteerien sekä todellisen murtumisen suhteen. Punoksia pitäisi Suomessa käytetyn ohjeistuksen mukaan olla ainakin yksi ylimääräinen toimivassa poikkileikkauksessa [14]. Käydään ensin läpi tutkittava rakenne ja sen olennaiset tiedot. Pysäköintitason muita rakenteita, kuten laatan kestämistä palkkikaistan poikittaiseen suuntaan ja pilareita, ei tutkita. Seuraavaksi käsitellään laskennassa käytettävät mitoituskriteerit, tarkastelun ulkopuolelle rajatut asiat ja tulokset Tutkittava rakenne Tutkitaan erään tyypillisen pysäköintirakennuksen välipohjan palkkikaistaa. Kohteessa käytetyt materiaalit, jännevälit ja mitat vastaavat melko hyvin tavallisesti käytettyjä. Kuvissa 4.1 ja 4.2 on esitetty palkkikaistan punoskulku karkeasti ja poikkileikkaukset jänteen keskialueen läheltä ja keskitukien alueelta.

99 81 Kuva 4.1. Periaatekuva palkkikaistan paraabelin muotoisista punoksista. Kuva 4.2. Palkkikaistan leikkaukset lähellä jänteen keskialuetta (vasemmalla) ja keskitukea (oikealla). Luetellaan alla palkin laskentaa varten tarvittavia lähtötietoja: 2-aukkoinen palkki, jonka jännevälit ovat mm. Palkkivahvennokset HxB 750x600 mm 2 k8500 (korkeus laatan YP:hen). Laatan paksuus 180 mm. Hyötykuorma 2,5 kn/m 2 (kuormaluokka IV). Betoni K40-1, lujuus laukaisussa 30 MPa. Jännepunokset St 1570/1770. Betoniteräkset A500HW. Peitepaksuus yläpinnassa 55 mm ja alapinnassa 35 mm. Jännepunokset d = 15,7 mm (A = 150 mm 2 ), 20 kpl. Kulkevat yhdessä tasossa pitkien jänteiden keskellä ja keskituella. Punoskulku (paraabelin yhtälö) arvioidaan piirustuksista mittaamalla ja yksinkertaistamalla tuilta punosten pyöristykset pois. Alin kohta on 85 mm palkin alapinnasta ja ylin n. 110 mm laatan yläpinnasta. Alapinnassa betoniteräkset 8T20 jänteiden keskellä ja 6T20 keskituen alueella. Keskituella yläpinnassa 8T20. Haat ovat leikkausvoiman kannalta kriittisissä pisteissä T8-k250 (4-leikkeiset). Jännitysvoima punosta kohti on 185 kn (pysyvä, heti jännityksen jälkeen), hetkellisesti 193 kn. Huomioidaan momenttipiikin pyöristys keskituella. Rasvapunoksen lisävenymän aiheuttaman jännityslisäyksen ylärajana käytetään 100 MPa. Jännityshäviöitä ei lasketa, vaan käytetään arviona 15 %, joka oli kahdessa lähteessä laskettu ja osoittautunut hyväksi arvioksi [14; 36].

100 Laskennan mitoituskriteerit ja tulokset Laskennassa palkkikaistaa tutkitaan kasvattamalla kuormaa ja lasketaan, milloin tutkittavat raja-arvot tulevat vastaan. Analysointi tehdään kahdessa osassa: aluksi kasvatetaan pinnan lyhytaikaista kuormaa (hyötykuorma) q k taivutus- tai leikkausmurtoon asti käyttämällä kuormien ja kestävyyksien karakteristisia arvoja. Seuraavaksi lasketaan murtorajatilan mukaiset käyttöasteet. Lähtökohtana on jo valmis rakenne, joten esimerkiksi betonin lohkeamista ankkurikappaleiden kohdalla ei tarkastella. Pistekuormia ei tarkastella. Myös laatta palkkikaistan ulkopuolella ja pilarit jätetään tarkastelun ulkopuolelle. Kunkin tarkasteltavan asian käyttöaste merkitään taulukkomuodossa pysäköintirakennusten tyypillisillä hyötykuormilla 2,5 kn/m 2 ja 5,0 kn/m 2 sekä aina, kun jonkin tarkasteltavan asian käyttöasteeksi tulee noin 100 %. Kuormitusta jatketaan, kunnes taivutus- tai leikkauskapasiteetti ylittyy. Ensimmäisessä laskennassa karakteristisia arvoja käytettäessä tarkastellaan seuraavat asiat: taivutuskestävyys jänteen keskellä ja tuella leikkauskestävyys kriittisessä kohdassa keskituen lähellä halkeilukapasiteetti jänteen keskellä ja tuella sallittu puristusjännitys halkeilemattomalla poikkileikkauksella Taipumaa ei lasketa, jos by 50:n kriteeri riittävälle rakennekorkeudelle täyttyy (katso kaava ) eli halkeilukapasiteetti on käyttörajatilassa rajoittavampi tekijä. Laatan ja palkkivahvennoksen välisen sauman oletetaan kestävän, joten sitä ei tarkastella. Kuormien jakaantuminen rakenteelle on otettu tasajäykän poikkileikkauksen mukaan, vaikka poikkileikkaus halkeilisikin, jolloin suurempi osa kuormasta kerääntyy halkeilemattomalle osalle. Rasvapunoksen venymän aiheuttaman jännityslisäyksen ylärajana on käytetty 100 MPa. Laskelmat on suoritettu liitteessä 9A. Laskennallisessa koekuormituksessa käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet löytyvät taulukosta Merkinnät tarkoittavat seuraavaa: M Rk = kentän taivutuskestävyys, jonka laskennassa on huomioitu kuorman tasapainottaminen (katso kappale 2.6.4) V Rk,0 = leikkauskestävyys ilman jännevoiman positiivista vaikutusta V Rk = taivutus-leikkauskestävyys, kun jännevoiman vaikutus on huomioitu t = halkeilukapasiteetti = 1,7*f ctk c = sallittu puristusjännitys = -0,5*C M Rk,T = taivutuskestävyys tuella; huomioitu momenttipiikin pyöristys ja kuorman tasapainottaminen t,t ja c,t = sallitut jännitykset tuella = t ja c

101 83 Taulukko Palkkikaistan 750x600 (L= ) laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] M (2 Rk M (2 Rk,T V Rk t c t,t c,t V Rk,0 = 741, , ,571 3, , kn (1 ks. (1 knm knm MPa MPa MPa MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] 0 1, ,43 4,58 1,92 3,13 < 0 24,31 < 0 24,89 2,15 1, ,50 35,18 30,97 20,46 99,49 42,27 7,65 74,45 2,5 1, ,08 40,17 35,70 23,52 22,11 82,52 3,25 1, ,92 50,84 45,83 30,26 53,08 99,81 4,38 1,32 979,224 66,92 61,10 40,76 99,75 5,0 1,30 965,188 75,75 69,48 46,67 6,70 1,26 934,017 99,94 92,44 63,29 1) V Rk = 1 *V Rk,0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Kestävyysarvojen M Rk ja M Rk,T määrityksessä on huomioitu kuorman tasapainottaminen, katso kappale Taivutusmurto tapahtuu tuella pintakuorman arvolla 6,70 kn/m 2 + omapaino. Taivutuskestävyyden käyttöaste tuella on tällä kuormalla noin 92,44 %. Rakenne halkeilee alapinnasta suunnittelukuormaa 2,5 kn/m 2 pienemmällä kuormalla (2,15 kn/m 2 ). Liitteessä 9B on laskettu sama palkkikaista murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa Taulukko Palkkikaistan 750x600 (L= ) murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M (2 Rd M (2 Rd,T V Rd V Rd,0 = 591,639 kn (1 1480,124 knm 1814,299 knm ks. (1 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] 0 1,43 847,233 23,81 30,80 20,02 2,5 1,27 750,847 87,54 92,35 66,69 2,79 1,27 744,17 94,93 99,76 66,69 1) V Rd = 1 *V Rd,0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Kestävyysarvojen M Rd ja M Rd,T määrityksessä on huomioitu kuorman tasapainottaminen, katso kappale Rakenne täyttää murtorajatilan mukaiset kriteerit suunnittelukuormalla 2,5 kn/m 2. Taivutusmurto tapahtuu tuella pintakuorman arvolla 2,79 kn/m 2. by 27 -kirja edellyttää, että poikkileikkauksessa on ainakin yksi ylimääräinen tartunnaton jänne. Taulukossa 4.13 on saman palkkikaistan laskentatulokset murtorajatilassa, kun jännepunosmäärä on muutettu 20:stä 19:een, mutta rakenne on pidetty muuten samana.

102 84 Taulukko Palkkikaistan 750x600 (L= ) murtorajatila, kun yksi punos vähemmän. q k [kn/m 2 ] M (2 Rd M (2 Rd,T V Rd V Rd,0 = 591,639 kn (1 1448,994 knm 1778,792 knm ks. (1 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] 0 1,41 834,453 27,02 32,93 22,59 2,5 1,26 742,886 92,12 98,13 69,94 2,57 1,25 741,306 93,95 99,95 71,34 1) V Rd = 1 *V Rd,0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Kestävyysarvojen M Rd ja M Rd,T määrityksessä on huomioitu kuorman tasapainottaminen, katso kappale Taulukosta 4.13 nähdään, että punosmäärän vähetessä yhdellä 19:ään rakenne pysyy murtorajatilan mukaan hyväksyttävissä rajoissa vielä hyötykuormalla 2,57 kn/m 2. by 27:n kriteeri siis täyttyy olettaen, että halkeamaleveydet on mitoitettu betoniterästen avulla riittävän pieniksi kentän alapinnassa. Jos punosmäärä laskee 18:aan, murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu kuormalla 2,34 kn/m 2, joka on pienempi kuin suunnittelukuorma 2,5 kn/m luvun ja nykyisten rasitusluokkien vertailu Verrataan 1990-luvulla käytettyjä ympäristöluokkia nykyisin käytössä oleviin rasitusluokkiin pysäköintirakennuksissa. Ympäristö- ja rasitusluokkien määritelmiä on käsitelty kappaleessa 2.7 ja niiden soveltamista pysäköintirakennuksiin kappaleessa 3.3 sekä liitteessä 3. Käsitellään ensin, mitkä rasitusluokat vastaavat likimäärin pysäköintirakennuksissa käytettyjä ympäristöluokkia. Vertailu tehdään ympäristö- ja rasitusluokkien sanallisten määrittelyjen perusteella. Tämän jälkeen vertaillaan ympäristö- ja rasitusluokkien soveltamista pysäköintirakennuksiin ennen ja nykyään. Vertailu on tehty käyttämällä kirjallisuudesta löytyneitä ohjeistuksia toteutuneiden kohteiden tutkimisen sijaan. Lopuksi tutkitaan, mitkä ovat ympäristö- ja rasitusluokkien mukaan määritellyt vaatimukset betonin lujuudelle ja peitepaksuudelle pysäköintirakennuksen rakenneosille Ympäristöluokkia vastaavat rasitusluokat E2b ympäristöluokka tarkoittaa pakkasrasitettua rakennetta, joka on makean veden tai kosteiden olosuhteiden vaikutuksen alaisena ilman merkittävää suolarasitusta. Luokkaan kuuluvat myös maan ympäröimät selvästi pakkasrasitetut rakenteet. Luokkaa käytetään pääsääntöisesti suolaamattomille ulkorakenteille ja maanpinnassa oleville perustusrakenteille. Luokassa E3b rakenteet ovat pakkasrasituksen ja voimakkaan suolarasituksen alaisena joko meriolosuhteiden tai tiesuolauksen takia. Luokkaa käytetään esimerkiksi joissakin siltojen osissa ja kylmissä paikoitustaloissa. Vertailun helpottamaksi listataan nykyisten rasitusluokkien määritelmät karbonatisoitumisen ja muun kuin meriveden kloridien aiheuttamasta korroosiosta sekä jäädytys-

103 85 sulatusrasituksesta. Karbonatisoitumisen aiheuttamaa korroosiosta kuvaavat rasitusluokat ovat: XC1 = kuiva tai pysyvästi märkä XC2 = märkä, harvoin kuiva XC3 = kohtalaisen kostea XC4 = märkä ja kuiva vaihtelevat. Muun kuin meriveden kloridien aiheuttamaa korroosiota kuvaavat rasitusluokat ovat: XD1 = kohtalaisen kostea XD2 = märkä, harvoin kuiva XD3 = märkä ja kuiva vaihtelevat. Jäädytys-sulatusrasitusta kuvaavat rasitusluokat ovat: XF1 = kohtalainen vedellä kyllästyminen ilman jäänsulatusaineita XF2 = kohtalainen vedellä kyllästyminen ja jäänsulatusaineet XF3 = suuri vedellä kyllästyminen ilman jäänsulatusaineita XF4 = suuri vedellä kyllästyminen ja jäänsulatusaineet tai merivesi. Ympäristöluokat E2b ja E3b vastaavat tilanteesta riippuen karbonatisoitumisen suhteen rasitusluokkien XC2, XC3 tai XC4 määrittelyjä. E2b:n ja E3b:n väliset erot liittyvät suolarasitukseen, joka nykyisissä rasitusluokissa on huomioitu XD- ja XFrasitusluokissa. Ympäristöluokassa E2b suolarasitusta ei ole. Täten sille ei ole suoraan vastaavaa XD-rasitusluokkaa. Rasitusluokan XD1 käyttö E2b:tä vastaavana on joissain tapauksissa kuitenkin perusteltua, koska nykysuunnittelussa XD1:tä käytetään betonipinnoille, jotka ovat alttiina ilman sisältämille klorideille. Pakkasrasitusluokka E2b:llä voi olla pakkasrasitusluokka XF3 tai XF1 riippuen siitä, kerääntyykö rakenteen päälle vettä (sateelle alttiiden vaakatasojen yläpinta) vai ei (sateelle alttiit pystypinnat, tason alapinta). Ympäristöluokassa E3b suolarasitus taas on huomioitu, jolloin rasitusluokkana voi olla tilanteesta riippuen XD1, XD2 tai XD3. Pakkasrasitusluokka E3b:llä voi olla XF4 tai XF2 riippuen kerääntyykö rakenteen päälle vettä vai ei Pysäköintirakennusten ympäristö- ja rasitusluokkien vertailu Uudemmassa ohjeistuksessa (by 51) suositeltavat rasitusluokat on määritelty neljälle eri pysäköintirakennustyypille liikennemäärän (paljon tai vähän) ja tilan tyypin (lämmin tai kylmä) mukaan [17]. Vanhemmasta ohjeistuksesta ei löydetty näin tarkkaa erottelua, vaan suositukset vaihtelevat ainoastaan sen mukaan, onko taso voimakkaasti kloridirasitettu vai ei eli suolataanko tasoa vai ei. Vertailun lähtökohtana käytetään taulukkoa 4.14, johon on listattu vanhan ohjeistuksen mukaisia ympäristöluokkia eri osille ja uudemman ohjeistuksen mukaisia rasitusluokkia vastaaville osille. Uudemmista ohjeista taulukkoon on otettu mukaan ympäristöolosuhteiltaan helpoin eli lämmin rakennus vähäisellä liikenteellä ja vaikein eli kylmä rakennus suurella liikennemäärällä.

104 86 Taulukko Pysäköintirakennuksen vanhojen ympäristöluokkien ja nykyisten rasitusluokkien vertailu. Rakenneosa 1990-luvun ohje by 51, lämmin, vähän liikennettä by 51, kylmä, paljon liikennettä Pilarit ja seinät E2b (3 XC2 XC2; XF1 (6 Palkkielementit E2b XC3 (4 XC3; XF1 (4 Kuorilaatta (1 E2b XC3 XC3; XF1 Kuorilaatan pintavalu (1 E3b XC3; XD1/XD2 (5 XC3,4; XD1/XD3; XF2/XF4 (7 Paikallavalettu taso, merkittävästi kloridirasitettu (suolattu) (2 E3b lämpimässä ei yleensä suolata XC3,4; XD3; XF4 Paikallavalettu taso, kevyesti kloridirasitettu (2 E2b XC3; XD1/XD2 (5 XC3,4; XD1/XD3; XF2/XF4 (7 1) Kuorilaatan ja pintavalun ympäristöluokat soveltuvat todennäköisesti pintavalullisille ontelo- ja TTlaattarakenteille. 2) Paikallavalettu taso käsittää todennäköisesti myös palkkikaistat, joissa käytetään lähes aina samaa betonia kuin laatassa. 3) Rakenneosa on käsiteltävä 500 mm:n korkeudelle liikennöintitason pinnalta suolan läpäisyn estävällä pinnoitteella tai suunniteltava rakenne luokkaan E3b. 4) Palkkielementtien rasitusluokat on otettu pysäköintitason ja ajorampin alapinnan mukaan. 5) Suojaamattomalla pinnalla ja 15 m matkalla sisääntulosta käytetään XC3; XD2. Muualla, tai jos sisääntuloalueen pinta on suojattu, käytetään XC3; XD1. 6) Suojattu pystypinta (vähintään 0,5 m korkeudelle) 30 m sisääntulosta ja muu pystypinta on XC2; XF1. Suojaamaton pystypinta 30 m sisääntulosta on XC3; XD1; XF2. 7) Suolattavat tasot ja sisäänajorampilla ja -tasolla 30 m sisääntulosta ilman suojausta ovat XC3,4; XD3; XF4. Pysäköintitason ja ajorampin yläpinta on muuten XC3,4 XD1; XF2. Taulukkoa 4.14 ja ympäristö- ja rasitusluokkien sanallisia määritelmiä tutkimalla huomataan, että vanhat ja uudet ohjeistukset ovat melko samanlaisia. Nykyisillä rasitusluokilla ilmaistaan yksityiskohtaisemmin vallitsevat olosuhteet. Vanha ohjeistus, joka tätä työtä varten löydettiin, on tehty lähinnä kylmän rakennuksen näkökulmasta, joten nykyohjeiden lämpimällä rakennuksella ei ole yhtä tiukkoja ohjeita rasitusluokista. Nykyinen ohjeistus ottaa tarkemmin kantaa tasorakenteiden rasitusluokkiin eri kohdilla tasoa (sisääntulo, rampit, muu alue). Vanhassa ohjeistuksessa on eritelty taso vain sen mukaan onko se merkittävästi vai kevyesti kloridirasitettu. Tasorakenteiden alapinnan (tukipalkit, kuorilaatat) rakenteet on huomioitu melko vastaavasti vanhoissa ja uusissa ohjeissa karbonatisoitumiselle ja pakkaselle. Kevyesti kloridirasitetulla tasolla on suositeltu ympäristöluokkaa E2b. Pahimmillaan lämpimässäkin rakennuksessa rasitusluokka voi olla XD2 sisääntulon lähellä, jonka kloridirasitus on pahempi kuin mitä E2b:llä on huomioitu. Joko sisääntuloalueet on vanhastaan tulkittu voimakkaasti kloridirasitetuiksi eli niillä on ympäristöluokka E3b, ne on yleensä suojattu tai vanhan ohjeistuksen käyttämä ympäristöluokka on epävarma säilyvyyden suhteen nykyiseen ohjeistukseen verrattuna. Pystyrakenteilla on molemmissa ohjeissa vastaava periaate, jossa voidaan käyttää kevyempää ympäristö- tai rasitusluokkaa, jos seinän tai pilarin alapäästä 500 mm:n

105 87 matka käsitellään suolan läpäisyn estävällä pinnoitteella. Muussa tapauksessa suolaroiskeet on huomioitava ympäristö- ja rasitusluokissa Betonin lujuuden ja peitepaksuuksien vertailu Betonin ympäristöluokka asettaa betonin vähimmäislujuudelle ja peitepaksuudelle vaatimuksia, jotka käsiteltiin kappaleessa Nykyisten rasitusluokkien avulla voidaan määritellä betonin minimilujuus ja betonipeitteen nimellispaksuus eri tilanteissa. Liitteessä 3 olevissa taulukoissa betonipeitteelle on määritelty valmiiksi nimellisarvot rakennetyypeittäin 50 vuoden käyttöiälle. Vanhassa ohjeistuksessa pohjalla on ollut myös 50 vuoden käyttöikä. Vertaillaan taulukon 4.14 rakenneosille asetettavia betonin vähimmäislujuuksia ja peitepaksuuksia vanhan ja uuden ohjeistuksen mukaan. Ilmoitetut betonipeiterajat ovat nimellisiä arvoja. Vanhassa ohjeistuksessa peitepaksuuden toleranssi oli +-5 mm, kun taas nykyisessä toleranssi on +-10 mm [65]. Nimellisiä peitepaksuusarvoja ei siis täten voida suoraan verrata toisiinsa, vaan merkitään taulukkoon vähimmäispeitepaksuudet eli nimellisarvosta vähennetään toleranssi. Uudesta ohjeistuksesta käsitellään kylmä pysäköintirakennus suurella liikennemäärällä. Katso taulukko Taulukko Vanhan ja nykyisen ohjeen betonipeite- ja lujuusrajojen vertailua. Rakenneosa 1990-luvun ohje Vähimmäislujuus Vähimmäisbetonipeite [mm] by 51 kylmä, paljon liikennettä Vähimmäislujuus Vähimmäisbetonipeite [mm] TB (1 JB (2 TB (1 JB (2 TB (1 JB (2 TB (1 JB (2 Pilarit, seinät (suojattu 0,5 m) K45 K K35/K40 (3 K Pilarit ja seinät (suojaam.) K50 K K40/K50 (3 30/20 (3 Palkkielementit K45 K K40 K Kuorilaatta (elem.) K45 K K40 K Kuorilaatan pintavalu (sisääntuloalue) Kuorilaatan pintavalu (muu alue) Paikallavalettu taso, merkittävästi kloridirasitettu Paikallavalettu taso, kevyesti kloridirasitettu K50 K K45 K K50 K K40 K K50 K K45 K K45 K K40/K45 (4 K40/K 45 (4 30/40 (4 30/40 (4 1) TB = teräsbetonirakenne. 2) JB = jännebetonirakenne. 3) Lujuus- ja peitepaksuusarvoista ensimmäinen on paikallavalurakenteisen ja jälkimmäinen elementtirakenteisen arvo, jos arvot eroavat toisistaan. 4) Lujuus- ja peitepaksuusarvoista ensimmäinen on muun alueen tai suojatun rakenteen ja jälkimmäinen sisääntuloalueen arvo.

106 88 Molemmat ohjeistukset sallivat miniarvon alittavan betonin lujuusluokan käyttämisen, jos betonin peitepaksuutta lisätään. Tutkituissa 1990-luvun paikallavaletuissa jälkijännitetyissä kohteissa betoni on ollut tasoissa usein lujuusluokkaa K40-1, joka on pienempi kuin taulukon 4.15 arvo. Jos ohjetta on noudatettu, on siis käytetty todennäköisesti suurempaa peitepaksuutta. Taulukosta 4.15 nähdään, että 1990-luvun ohjeiden mukaiset vähimmäisbetonipeitepaksuudet ovat likimain samoja tai suurempia kuin nykyisessä ohjeistuksessa paitsi kloridin rasittamissa tasoissa peitepaksuudet ovat noin 5 15 mm pienempiä. Kloridirasitettujen vaakapintojen eli tasojen yläpintojen peitepaksuus on todennäköisesti ollut ympäristöluokan asettamia vaatimuksia suurempi, koska yläpinta tarvitsee kulutusvaraa ajoneuvoliikenteen renkaiden aiheuttaman kulumisen takia. Betonin lujuusluokkavaatimukset ovat samaa suuruusluokkaa muuten, paitsi vanhassa ohjeistuksessa jännebetonirakenteiden lujuusluokkarajana on ollut E2b- ja E3b-luokissa K50, kun taas nykyisessä ohjeistuksessa vastaavien rakenneosien arvot vaihtelevat välillä K40 K luvun ohjeiden mukaan suunnitellut pysäköintirakennuksen rakenteet ovat siis lujuus- ja vähimmäispeitepaksuusvaatimusten suhteen lähellä nykyisiä ohjeita. Kloridirasitetut rakenteet voivat olla riskialttiimpia riippuen tason yläpinnan kulutusvaran paksuudesta. 4.4 Muita ongelmia ja riskitekijöitä Tämän työn laajuudessa ei voida tutkia läheskään kaikkia pysäköintirakennuksiin liittyviä ongelmia ja riskejä. Pysäköintirakennuksen korjaussuunnittelijan tai uuden pysäköintirakennuksen suunnittelijan on syytä tiedostaa tässä luetellut asiat ja tarvittaessa tutkia asiaa tarkemmin. Käydään tässä kappaleessa pintapuolisesti läpi joitain esiin tulleita pysäköintirakennuksien yleisesti tunnettuja ongelmia ja riskitekijöitä. Tarkoituksena on luetella ongelmia, joita voi olla syytä tutkia tarkemmin ja joiden tietäminen kuuluu pysäköintirakennusten korjaussuunnittelun yleistietoihin Vuotaminen saumoista Pysäköintitasot on suunniteltava vesitiiviiksi, koska betonirakenteen läpi vuotava vesi on alkalista ja se vaurioittaa autojen maalipintoja. Vuodot eivät välttämättä uhkaa varsinaisesti itse rakenteita. [42.] Kuvassa 4.3 vuotovettä on tullut tason läpi hitaasti jo kauan muodostaen kalkkikiveä.

107 89 Kuva 4.3. Tason läpi on vuotanut autoja vahingoittavaa alkalista vettä [42]. Vuotaminen on ongelma erityisesti elementtirakenteisissa pysäköintirakennuksissa elementtisaumoissa. Kuorilaatan pintavalu on tavallisesti kokonaan puristettu, joten kuorilaattarakenteinen pysäköintirakennus on yleensä vedenpitävä. Ongelmallisempia ovat ontelo- ja TT-laattarakenteiset tasot, joissa on vain ohut pintavalu tai erillinen vesieristys, jonka vaurioitumista on vaikea havaita ja työlästä korjata. Toimivampi ja nykyisin yleensä käytetty ratkaisu, jossa raudoitettu pintavalu on jännitetty tartunnattomilla jänteillä ristiin, on vedenpitävyyden suhteen melko toimiva myös ontelolaatoilla ja TT-laatoilla. Paikallavalettu jälkijännitetty taso on yleensä lähes kokonaan puristettu, joten sen vedenpitävyys on hyvä. [42; 49] Liikuntasaumakohdat ovat riskialttiita vuotamisen suhteen. Tämän takia vesien johtamista liikuntasauman yli tulee välttää. Esimerkiksi kuorilaattarakenteisen pysäköintitason liikuntasauman alle on yleensä asennettu lämmitettävä kouru vuotamisen takia Kloridien tunkeutuminen rakenteisiin Pysäköintitasoille kulkeutuu klorideja autojen mukana tai tasojen suolauksen takia. Kerääntyvät kloridit aiheuttavat pistemäistä korroosiota betoniteräksiin. Kloridikorroosio ei ole ainakaan 2003 vuonna ollut vielä suuri yleinen uhka. Riskikohtia on laatasta ylöspäin lähtevien pilarien ja seinien juuret, jotka voi olla syytä vedeneristää paikallisesti. Kunnollinen vedenpoisto auttaa vähentämään kloridirasitusta, kun kloridipitoinen vesi ei pääse kerääntymään tasojen päälle. [42.] Betonin tiiveydellä on suuri merkitys kloridien tunkeutumisnopeuteen. Betonin lujuusluokka puolestaan vaikuttaa tiiveyteen toisaalta lujemman betonin paremman tiiveyden takia ja toisaalta lujemman betonin mahdollistaman suuremman jännevoiman takia. Käytännössä paikallavaletuilla jälkijännitetyillä rakenteilla betonin lujuusluokka

108 90 ei voi olla alle K40, jos halutaan 50 vuoden käyttöikä. Betonipeitepaksuuden merkitys on kloridikorroosiota tarkasteltaessa merkittävämpi kuin karbonatisoitumisen tapauksessa. [4.] Olevan rakenteen kuntoa tutkittaessa kloridit on mitattava rakenneosittain kohdista, joissa on suurin suolarasitus. Pysäköintirakennuksissa kloridirasitetuimmat paikat ovat sisäänajoramppi ja sen lähialue, kohdat joihin vesi johdetaan ja suolatut alueet. Betonin kloridipitoisuus määritellään laboratoriokokein näytekappaleista. Betonin kriittinen kloridipitoisuus raudoitteiden korroosion kannalta on betonista riippuen 0,03 0,07 betonin painosta happoliukoisena määritettynä. Jännitetyissä rakenteissa kriittinen pitoisuus on puolet edellä mainituista arvoista. Korjaustöiden jälkeen raudoituksen ympärille ei saa jäädä betonia, jonka kloridipitoisuus on suurempi kuin 0,02. Jos tason alapinnassa on vesivuotovaurio, otetaan vuotoalueelta vähintään yksi näytesarja ja lisäksi toinen näytesarja vuotoalueen läheisyydestä kuivalta vaikuttavalta kohdalta. [62.] Liikuntasaumakohtien lohkeilu Liikuntasaumakohdat ovat varsinkin jälkijännitetyissä paikallavaletuissa pysäköintirakennuksissa ristialttiita kohtia, jonka takia liikuntasaumoja pitäisi pyrkiä tekemään mahdollisimman vähän [42]. Ongelmia ovat muun muassa olleet 1980-luvulla tehdyn ulkomaalaisen raportin mukaan puutteellinen tai sopimaton tiiviste, laakerin rikkoutuminen suurten muodonmuutosten takia ja riittämätön betonipeite jänneankkureilla [21]. Jos tiiviste ei mukaudu laatan viruman, kutistumisen ja lämpöliikkeiden aiheuttamiin muodonmuutoksiin, vesi voi päästä kulkeutumaan saumaan ja jäätyä. Kun lämpötilan kasvu aiheuttaa laatan pitenemää, voi saumassa oleva jään aiheuttama paine aiheuttaa halkeilua laatan vapaassa päässä. [21.] Kuvassa 4.4 on periaatekuva liikuntasauman vaurioitumisesta. Kuvassa 4.5 on liikuntasauman viereen muodostunut halkeama laatassa. Kuva 4.4. Periaatekuva liikuntasauman vaurioitumisesta [21].

109 91 Kuva 4.5. Liikuntasauman viereen voi muodostua suuriakin halkeamia [42]. Liikuntasaumaan voi kulkeutua veden mukana myös klorideja, jotka voivat aiheuttaa ankkurikappaleiden korroosiota. Liikuntasaumojen kunto on syytä tarkistaa säännöllisesti erityisesti talvien jälkeen. [21.] Kulutuspintojen vaurioituminen Pysäköintirakennuksen kulutuspintoja rasittaa kosteus, vesi ja hiekka. Lisäksi Suomessa erityisenä ongelmana on nastarenkaiden aiheuttama rasitus. Ajoväylät, erityisesti luiskat sekä kiihdytys- ja jarrutuspaikat ovat pysäköintipaikkoja pahemmin rasitettuja. [42.] Suomalaisilla betonin runkoaineilla ei voi saavuttaa 1-luokan kulutuskestävyyttä, vaan tarvitaan erikoissirotteita. Vanhoissa pysäköintirakennuksissa sirotteita ei ole vielä käytetty, jolloin niiden pintarakenteet ovat saattaneet kulua liikaa. Vanhoissa pysäköintirakennuksissa on melko usein käytetty asfalttibetonia ja valuasfalttia kulutus- ja käyttöpintana. Nykyään asfalttia ei saa enää paloturvallisuussyistä käyttää kuin korkeintaan ulkona ylimmän tason pinnalla, mikä on huomioitava korjaussuunnittelussa. [42.] Vedenpoistojärjestelmän ongelmat Vedenpoiston ongelmat, kuten kaivojen tukkeutuminen, voi aiheuttaa riskejä rakenteille, jos vesi pääsee lammikoitumaan ja kerääntymään pysäköintitasojen päälle. Pysäköintitasoille kertyy kaikenlaista likaa, mikä voi aiheuttaa kaivon tukkeutumisen. Tämän takia vedenpoistorakenteiden kunnon jatkuva seuranta on tärkeää. Vanhoissa pysäköintirakennuksissa kaivoina on käytetty usein hiekkapesällisiä märkäkaivoja, joiden vesi pidetään sulana sähkölämmityksellä. Nykyään käytettävät kaivot ovat käytännössä haponkestävää terästä. [42.]

110 92 5 ONTELO- JA KUORILAATTARAKENTEEN KORJAUS- JA VAHVISTAMISTAPOJA Tässä kappaleessa käsitellään ja tutkitaan muutamia korjaustapoja sovellettuna onteloja kuorilaattarakenteisiin pysäköintitasoihin. Tarkastelut on tehty puhtaasti teoreettisesti laskelmien kautta tai kirjallisuustutkimuksena. Todellisia korjauskohteita ei ole tutkittu. Aluksi on tutkittu kahta rakenteellista vahvistamistapaa tarkemmin omissa kappaleissaan: ulkopuolisella jänteellä vahvistaminen ja liimausvahvistaminen hiilikuitunauhoilla. Kummassakin kappaleessa on ensin käsitelty laskelmien ja korjausperiaatteen ymmärtämisen kannalta oleellinen teoria siltä osin kuin se eroaa kappaleessa 2 käsitellyistä asioista. Rakenteen todellinen kunto korjausvaiheessa vaihtelee kohdekohtaisesti. Ulkopuolisella jänteellä vahvistamisen tapauksessa on oletettu, että kaikki vanhat punokset ovat toimimattomia. Hiilikuituvahventamisessa on taas haettu suurinta mahdollista taivutuskapasiteettia ja on tutkittu teoreettista tapausta, jossa ehjää rakennetta vahvistetaan. Vahvistusratkaisut on tutkittu yhdelle kuori- ja yhdelle ontelolaattarakenteiselle esimerkkirakenteelle, joka on laskettu vahvistamattomana kappaleessa 4.1. Tavoitteena oli selvittää, soveltuuko ratkaisu ylipäätänsä pysäköintitasoihin. Tulokset ovat suuntaaantavia, eikä niitä voi yleistää kaikkiin käytettyihin pysäköintirakennusten kuori- ja ontelolaattarakenteisin. Laskelmissa käytetyt kaavat ovat kuitenkin sovellettavissa myös muihin kohteisiin. Detaljitason suunnittelu ja tukevien rakenteiden vahvistaminen on jätetty käsittelemättä. Kuten kappaleessa 4, myös tämän kappaleen laskelmat on tehty pääosin Mathcadilla ja Excelillä. Liitteessä 10 on selostus Mathcadilla tehtävistä laskelmista ja sen merkinnöistä. Excelillä tehtyjen laskelmien tulokset on esitetty myös graafisessa muodossa liitteessä 19. Seuraavaksi on käyty lyhyesti läpi korjausratkaisuja, jotka nousivat työn aikana ajatuksen tasolla esiin, mutta joita ei päätetty tutkia tarkemmin. Korjausratkaisuista on esitetty karkea perusperiaate ja syy, miksi ratkaisua ei päätetty tutkia tarkemmin. Lopuksi käsitellään pintapuolisesti joitain kirjallisuudessa esiteltyjä tapoja ja menetelmiä, joilla betonirakenteesta voidaan yrittää tehdä paremmin vedenpitävä sovellettuna pysäköintitason pintarakenteisiin korjauksen yhteydessä. 5.1 Vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Ulkopuolisella jänteellä vahvistaminen on erityisesti silloissa käytetty vahventamis- ja korjaustapa, mutta se soveltuu myös muunlaisiin kohteisiin. Ulkopuolisen jänteen aiheuttaman puristavan voiman lisäksi rakenteelle voidaan aiheuttaa myös nostava voima

111 93 sopivalla jänteiden sijoittelulla ja tunkkiosien yhdistelmällä. Jännevoiman siirto rakenteelle tehdään yleensä ankkurikappaleiden avulla, jotka tuketuvat suoraan vanhaan rakenteeseen tai uuden betonivalun kautta. Jännemenetelmänä käytetään tavallisia ankkurijännemenetelmiä soveltaen käyttöselostetta ulkoiseen jännittämiseen. Punosmenetelmiä ovat muun muassa VSL, Dywidag, Freyssinet ja BBR-Cona. Varsinkin aiemmin käytettiin paljon Dywidagin korkealuokkaisesta teräksestä valmistettuihin tankoihin perustuvaa menetelmää. [70.] Käydään aluksi läpi laskennan periaatteita siltä osin, kuin se eroaa tavallisesta kuoritai ontelolaatan laskennasta. Käsitellään yksiaukkoista vapaasti tuettua rakennetta. Palkkien tai pilareiden vahventamista ja tukemista ei huomioida muuten, kuin ulkopuolisen jänteen kulkua suunniteltaessa huomioidaan palkit ankkurikappaleiden sijoittelussa. Seuraavaksi tutkitaan ulkopuolisella jänteellä vahventamisen soveltumista pysäköintirakennuksen tyypilliseen kuori- tai ontelolaattarakenteeseen. Koska alapinnan punosten kunnosta ei ole varmuutta, laskenta käydään läpi sillä oletuksella, että kaikki vanhat punokset ovat toimimattomia. Määritetään laatan kestävyys karakteristisilla arvoilla ja murtorajatilassa suurimmalla mahdollisella jännevoiman arvolla sekä määritetään, millaisilla jänteillä tämä jännevoima saavutetaan. Detaljitason suunnittelua, kuten laatan alle sijoitettavien teräsrakenteisten tunkkiosien mitoitusta tai ankkurikappaleen alle jäävän betonin mitoitusta paikalliselle puristukselle, ei käsitellä. Paikallisen puristuksen huomiointi on käsitelty monissa lähteissä [16; 29; 37] Ulkopuolisella jänteellä vahvistamisen laskenta Jänteet kannattaa sijoittaa siten, että jännevoima aiheuttaa nostavan voiman vahvistettavaan rakenteeseen. Lisäksi ankkurikappaleet on hyvä sijoittaa halkaisuvoimien minimoimiseksi rakenteen neutraaliakselille, jos mahdollista. Kuvassa 5.1 on esitetty esimerkkinä periaatekuva yhdestä vahvistettavasta rakenteesta ja jännevoiman aiheuttamat pysyvät kuormitukset rakenteelle. Kuva 5.1. Periaatekuva ulkopuolisella jänteellä vahvistamisesta ja jännevoiman aiheuttamista pysyvistä kuormista.

112 94 Kuvan 5.1 pystykuormat lisätään rakenteen ulkoiseksi pysyväksi kuormaksi. Koska voima on rakenteelle suosiollinen, murtorajatilassa on käytettävä varmuuskerrointa 0,9. Jännevoiman vaakasuuntainen komponentti sijaitsee nyt jännevälin keskiosassa poikkileikkauksen ulkopuolella, mutta sitä käsitellään muuten vastaavasti kuin tavanomaisella jännebetonirakenteella. Kaarevien jänteiden yhteydessä todettiin (kappale 2.6), että P:n vaakakomponenttina voidaan käyttää suoraan P:tä, jos kuvan 5.1 kulma X on alle 10. Sallittuina jännityksinä voidaan pitää samoja rajoja kuin tavallisesti (kaavat ). Jos alkuperäinen rakenne on halkeillut alapinnasta, halkeamat sulkeutuvat ulkopuolisen jännittämisen jälkeen, kun alapintaan ei jää vetoa. On perusteltua olla sallimatta vetoa alapinnassa korjatulla rakenteella, koska alapinnan betonin taivutusvetolujuus (1,7f ctk ) on jo kertaalleen ylitetty eikä betonin vetolujuus alapinnassa enää tämän jälkeen palaudu. Jännitykset voi laskea tällöin halkeilemattoman poikkileikkauksen mukaan. Taipuma voidaan laskea käyttämällä halkeilemattoman poikkileikkauksen taivutusvastusta, jos laatan alapinnan jännitys on puristusta. Kuten aiemminkin, taipuma lasketaan summausperiaatteella lisäämällä vahvistettuun rakenteeseen mukaan myös kuvassa 5.1 esitettyjen pystyvoimien vaikutus. Murtorajatilan mitoitus ei juuri eroa tavallisesta mitoitustapauksesta, kun vanhoja punoksia ei huomioida. Taivutusmitoituksessa betonin kimmoista kokoonpuristumista ce laskettaessa kaavan avulla kaavan muuttuja e kuvastaa ankkurikappaleen etäisyyttä neutraaliakselista. Taivutus-leikkauskestävyyttä laskettaessa laskentaperiaate ei muutu mitenkään. Jos vanhoja punoksia ei huomioida laskennallisesti, suhteelliseksi teräsmääräksi tulee 0 ontelo- ja kuorilaatoilla. Ontelolaatan leikkaus-vetokestävyyden laskennassa jännevoiman voidaan olettaa olevan kokonaan kehittynyt tarkasteltavassa kohdassa ankkurijänteen takia. Elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyyden laskentaperiaate ei olennaisesti muutu. Jännevoiman maksimiarvoa rajoittavat seuraavat tekijät: betonin sallitut jännitykset; erityisesti sallittu vetojännitys 1,7f ctk yläpinnassa jännittämishetkellä ja alapinnan jännitys jännityshäviöiden jälkeen (0 tai 1,7f ctk ), jos yläpintaan sallitaan vähemmän vetoa kuin 1,7f ctk jänneteräksen sallittu jännitys, joka saadaan jännemenetelmän käyttöselosteesta murtumistavan pitää olla sitkeä eli punoksen/tangon venymän on oltava suurempi kuin jänneteräksen venymärajan 1 ankkurikappaleen alla olevan betonin pitää kestää sille paikallisesta puristuksesta tulevat halkaisuvoimat teoriassa laatan leikkauskestävyys, joka tuskin on määräävä. Jännityshäviöt on hyvä laskea ulkopuolisella jänteellä vahvistaessa. Oletetaan tässä, että korjausvaiheessa valtaosa betonin laskennallisesti merkityksellisestä kutistumasta ja virumasta on jo tapahtunut. Seuraavat jännityshäviöt on hyvä huomioida: peräkkäin jännitettyjen jänteiden aiheuttama välitön jännityshäviö pe (kaava 2.2.9) betonin kimmoisesta kokoonpuristumisesta. Määrittäessä, mitkä jänteet kuuluvat samaan poikkileikkaukseen, voidaan soveltaa esimerkiksi kappaleessa

113 esitettyä määritelmää, jossa samaan poikkileikkaukseen kuuluu leveydellä L/3 sijaitsevat jänteet, jossa L on jänneväli. jänteen suunnanmuutosten ja aaltoisuuden aiheuttama kitkahäviö, joka lasketaan kaavoista ja ja jonka tarvittavia lähtöarvoja saadaan jännemenetelmän käyttöselosteesta jänneteräksen relaksaatio, joka saadaan kaavasta ankkurointiliukuma kaavoista Sovelletaan ulkopuolisille jänteille joitain by 27 -kirjassa tartunnattomille jänteille annettuja ohjeita. Samassa toimivassa poikkileikkauksessa pitää olla yksi ylimääräinen jänne, jossa laatan toimiva poikkileikkaus on alue, jossa jänteen molemmille puolille lisätään L/3 levyinen matka (L on laatan jänneväli). On tosin tulkinnanvaraista, tarvitseeko tätä ohjetta soveltaa tässä, koska ulkopuolisten jänteiden kunto pystytään havaitsemaan. Jänteiden maksimietäisyydet toisistaan rajataan pienempään arvoista 6*h ja 1,5 m, jossa h on laatan kokonaispaksuus. [14.] Jänteiden vähimmäisetäisyys on esimerkiksi MK4-jännemenetelmässä K40-betonilla 165 mm tai 105 mm riippuen siitä, miten päin ankkuripalat asennetaan [MK4 käyttöseloste]. Liian tiheällä jänteiden sijoittelulla myös jännityshäviöt kasvavat betonin kimmoisen kokoonpuristumisen takia Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Tutkitaan kappaleessa käsitellyn ja liitteissä 4A ja 4B lasketun kuorilaatan (KL120/200, L=5000) vahvistamista ulkopuolisella jänteellä. Kuvassa 5.2 on esitetty periaatekuva ensimmäiseksi tutkittavasta vahvistusratkaisusta. Menetelmä on väljä ja myös muunlaiset tuentaratkaisut ovat mahdollisia. Kuva 5.2. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 1. Alla on lueteltu laskennassa tehtäviä otaksumia ja yksinkertaistuksia sekä joitain huomioita laskettavista asioista: Kaikki vanhat punokset oletetaan laskennallisesti toimimattomiksi. Teräsrakenteisen tunkkiosan mitoitusta tai suunnittelua ei tehdä. Käytetään MK4 tartunnattomat jänteet -jännemenetelmää ja Y1860S7-15,7-R1 jänteitä (St 1650/1860, Ø = 15,7 mm, A p = 150 mm) [11; 12]. Ankkurialueen betonin kestävyyttä paikalliselle puristukselle ei tarkastella tai suunnitella. Oletetaan suurinta mahdollista jännevoimaa laskettaessa, että ankku-

114 96 rointialueen betonin kestävyys ei jää rajoittavaksi tekijäksi jollain sopivalla raudoituksella tai muulla ratkaisulla. Betonin kaikki laskennallisesti olennainen viruma ja kutistuminen on ehtinyt tapahtua ennen vahvistamista. Aiemmin ollutta hyötykuorman aiheuttamaa pysyvää taipumaa ei huomioida. Vaikka tukialueilla pintavalua joudutaan purkamaan ja valamaan uudestaan, oletetaan laskelmissa laatan olevan koko jänneväliltään samaa vanhaa rakennetta eikä kutistuma- ja virumaeroja täten huomioida. Ei lasketa pintavalun ja elementin välisen sauman kestävyyttä, koska tarkkaa tietoa ansasmääristä ei ollut. Laskentaperiaate muuttuu muutenkin alkuperäisestä laskentatavasta vain kuorman määrityksen osalta. Laskentaan pätevät samat yksinkertaistukset ja oletukset kuin kappaleessa ja liitteissä 4A ja 4B. Hyödynnetään liitteissä laskettuja tähän soveltuvia arvoja tarvittaessa. Arvot kopioidaan vähintään 5 desimaalin tarkkuudella. Lasketaan ensin laatan kestävyys käyttämällä suurinta mahdollista jännevoiman arvoa 10 MPa tarkkuudella, jota rajaa kappaleen rajat. Laskenta tehdään vastaavasti kuin kappaleessa 4.1 käyttämällä ensin kuormien ja materiaalikestävyyksien karakteristisia arvoja ja sitten murtorajatilan mukaisia arvoja. Merkinnät ovat samoja kuin kappaleessa paitsi lopputilanteen vetojännitysrajana käytetään 0:aa 1,7f ctk :n sijaan. Laskennallisen koekuormituksen laskelmat esimerkkiratkaisulle 1 on suoritettu liitteessä 11A. Käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 5.1. Negatiiviset käyttöastearvot tarkoittavat, että kokonaiskuorman vaikutus on eri suuntaan, kuin mitä kuorman lisääminen aiheuttaa. Taulukko 5.1. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 1: laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] t = 0 (2 M Rk V Rk w max c V c0 = 199,766 kn (1 88,559 knm ks. (1 20 mm -16 MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 a [MPa] (2 KÄYTTÖASTEET [%] ,533-4,181 (-31,63) (-1,69) 23,11 (-17,55) 2, ,533-3,043 (-21,05) (-0,07) 27,68 (-10,04) 5, ,533-1,904 (-10,46) 1,56 32,24 (-2,54) 9, ,533-0,001 7,24 4,27 39,87 10,00 10, ,533 > 0 10,71 4,80 41,37 (3 31,08 1,46 291,127 > 0 99,98 25,36 79,85 (3 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Oletettiin, että poikkileikkaus alkaa halkeilla alapinnasta heti, kun jännitys muuttuu vedoksi. 3) Poikkileikkaus on halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Jänteet olivat k1170 ja alkujännitys 1280 MPa. Jännityshäviöt olivat noin 5,01 %, joten lopputilanteen jännevoimaksi yhtä kuorilaattaa kohti tuli noin 187,05 kn. Taivu-

115 97 tusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 31,08 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 133,45. Liitteessä 11B on laskettu sama laatan vahvistus (esimerkki 1) murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 5.2. Taulukko 5.2. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 1: murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd V c0 = 147,975 kn (1 76,863 knm ks. (1 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,950 (-25,48) (-0,43) 2, ,950 (-5,97) 3,07 5, ,950 13,55 6,57 10,0 1,76 260,001 52,58 15,46 16,07 1,47 217,652 99,96 30,03 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 16,07 kn/m 2. Taulukon 5.1 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 9,18 kn/m 2 kuormalla, kun laatan alapintaan tulee vetojännitystä. Yläpinta pysyy tavallisilla suunnittelukuormilla vedettynä, mikä ei ole pysäköintitason tapauksessa hyvä, koska yläpinta on rakenteiden ympäristörasitetuin alue ja puristettu pintavalu ehkäisisi kloridien ja veden tunkeutumista saumoihin ja rakenteisiin. Tutkitaan seuraavaksi esimerkki 1 uudestaan rajaamalla jännevoiman arvoa siten, että yläpintaan ei saa tulla vetojännitystä lopputilanteessa. Tämän rajauksen myötä jännevoima pienenee huomattavasti liitteiden 11A ja 11B tapauksesta, jolloin alapinta on käytännössä vaikea saada pysymään vetojännityksettömänä tavanomaisilla suunnittelukuormilla. Koska vanhat punokset oletettiin laskelmissa toimimattomiksi, alapinnan halkeilusta ei ole merkittävää rakenteellista haittaa. Täten sallitaan vetojännitys 1,7*f ctk alapinnassa, kun yläpintaan ei tule vetojännitystä. Jännitysten ja taipumien laskelmat halkeilemattomana poikkileikkauksena eivät ole enää tarkkoja, kun alapinta on vedetty, koska halkeilu voi alkaa vanhalla rakenteella kuormitushistoriasta riippuen jo ennen taivutusvetolujuuden rajaa. Halkeilemattoman poikkileikkauksen mukaan laskettujen arvojen pitäisi kuitenkin antaa hyvin suuntaa-antavia arvioita. Liitteessä 12 tutkittiin edellä mainittua tapausta, jossa lopullisessa tilanteessa yläpintaan ei sallita vetoa ja alapintaan sallitaan vetojännitys 1,7*f ctk. Tulokseksi saatiin, että jännevoima P jännityshäviöiden jälkeen yhtä kuorilaattaa kohti saa olla maksimissaan noin 86,22 kn. Tämä vastaa 15,7 mm punosten k1200-jaolla loppujännitystä ( p ) 574,83 MPa. Jännityshäviöiden suuruutta ja alkujännevoimaa P 0 ei laskettu. Liitteessä 12 on myös kooste tällä jännevoimalla tehdyistä laskelmista karakteristisilla arvoilla ja murtorajatilassa. Tulokset ovat taulukoissa 5.3 ja 5.4.

116 98 Taulukko 5.3. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 1: pienempi jännevoima, laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] M Rk V Rk w max t c V c0 = 199,766 kn (1 86,358 knm ks. (1 20 mm 4,615 MPa -16 MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,533 (-3,25) 1,09 47,90 < 0 0 2, ,533 7,61 2,71 52,47 9,50 7,50 5,0 1,90 378,727 18,46 4,57 57,03 34,17 15,00 10,0 1,52 303,636 40,17 9,97 66,16 83,52 30,01 11,67 1,46 290,868 47,42 11,89 69,21 100,00 35,02 23,77 1,24 247,953 99,96 26,60 91,30 (2 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Poikkileikkaus on jo viimeistään tässä vaiheessa halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taulukko 5.4. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 1: pienempi jännevoima, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd V c0 = 147,975 kn (1 74,965 knm ks. (1 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,950 4,14 2,63 2,5 1,77 262,190 24,14 6,93 5,0 1,50 221,488 44,15 12,88 10,0 1,29 190,897 84,17 25,81 11,97 1,25 184,851 99,94 31,07 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Pienempää jännevoimaa käyttämällä taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 23,77 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 133,51. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 11,97 kn/m 2 ja käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 11,67 kn/m 2 kuormalla, kun laatan alapinta ylittää vetojännitysrajan. Rakenne ei kestä yhtä suuria kuormia kuin aiemmassa tapauksessa (katso taulukot 5.1 ja 5.2), mutta tavanomaiset suunnittelukuormat ylitetään helposti. Vaadittava kerroskorkeus voi rajoittaa, miten alas jännepunos voidaan viedä eli miten korkea tunkkiosa voi olla. Jos esimerkissä 1 (kuva 5.2) jännettä keskellä siirretään ylemmäs, joudutaan punoksia poraamaan yhä pidemmän matkan vanhan kuorilaatan läpi. Tämä ei ole työteknisesti järkevää ja pidempi porausmatka lisää riskiä olevan rakenteen vaurioitumiselle. Esimerkissä 2 tutkitaan rakennetta, jossa käytetään kahta tunkkirakennetta jänteen noin kolmannespisteissä ja tunkkiosien korkeus on pienempi kuin esimerkissä 1. Tämä on esitetty kuvassa 5.3.

117 99 Kuva 5.3. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 2. Tämä on laskentaperiaatteiltaan lähes samanlainen kuin esimerkki 1. Ainut ero on, että nyt rakenteeseen tulee kaksi ylöspäin vaikuttavaa pistevoimaa yhden sijaan ja punos on keskialueella vaakasuora. Käytetään jännitysrajoina esimerkki 1:ssä toisena tapauksena tutkittua periaatetta eli ei sallita vetoa yläpinnassa jännityshäviöiden jälkeen ja alapintaan sallitaan vetojännitys 1,7*f ctk. Liitteessä 13 on kooste esimerkki 2:n laskelmista karakteristisilla arvoilla ja murtorajatilassa. Tulokset ovat taulukoissa 5.5 ja 5.6. Taulukko 5.5. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 2: laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] M Rk V Rk w max t c V c0 = 199,766 kn (1 61,618 knm ks. (1 20 mm 4,615 MPa -16 MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,533 (-3,90) 0,07 42,52 < 0 1,75 2, ,533 11,32 1,69 47,09 5,62 9,25 5, ,533 26,53 3,31 51,65 30,30 16,76 10,0 1,92 383,613 56,96 6,83 60,78 79,64 31,76 12,06 1,77 353,367 69,50 8,92 64,54 99,97 37,94 17,07 1,55 309,472 99,99 14,38 73,69 (2 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Poikkileikkaus on jo viimeistään tässä vaiheessa halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Taulukko 5.6. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, esimerkki 2: murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd V c0 = 147,975 kn (1 53,443 knm ks. (1 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,950 18,36 2,68 2, ,950 46,42 6,19 5,0 1,77 261,677 74,49 10,96 7,27 1,58 233,977 99,98 16,28 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Jänteet olivat k1200 ja lopputilanteen jännitys 940 MPa, mikä vastaa lopputilanteen jännevoimaa 141 kn. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 17,07 kn/m 2 +

118 100 omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 97,37. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 7,27 kn/m 2 ja käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 12,06 kn/m 2 kuormalla, kun laatan alapinta ylittää vetojännitysrajan. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu huomattavasti pienemmillä kuorma-arvoilla tässä kuin esimerkissä 1 (katso taulukot 5.3 ja 5.4), mutta laatta pysyy vielä selvästi hyväksyttävissä rajoissa tavanomaisilla suunnittelukuormilla. Tämän perusteella esimerkki 1 ja 2 ovat molemmat toimivia ratkaisuja, kun jännevoiman lopputilanteen maksimiarvo rajataan asettamalla vetojännitys yläpinnassa 0:ksi ja alapinnassa 1,7*f ctk :ksi jännityshäviöiden jälkeen. Vahvistustavan valinta riippuu enemmän toteutuksen hankaluudesta ja kustannuksista sekä siitä, paljonko kerroskorkeusvaatimus on. Jätetään tutkimatta, mitä rakenteelle käy, jos toimivasta poikkileikkauksesta vaurioituu jänne, koska ulkopuolisten jänteiden kuntoa voidaan seurata helposti Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä Tutkitaan kappaleessa käsitellyn ja liitteissä 6A ja 6B lasketun ontelolaatan (OL400+80, L=16400) vahvistamista ulkopuolisella jänteellä. Kuvassa 5.4 on esitetty periaatekuva tutkittavasta vahvistusratkaisusta. Kuva 5.4. Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, tutkittava ratkaisu. Alla on lueteltu laskennassa tehtäviä otaksumia ja yksinkertaistuksia sekä joitain huomioita laskettavista asioista siltä osin kuin ne eroavat kappaleessa luetelluista asioista: Vaikka tukialueilla joudutaan purkamaan betonia ja valamaan uudestaan sekä ontelot valetaan umpeen 1000 mm matkalla reunoista, oletetaan laskelmissa laatan olevan koko jänneväliltään samaa vanhaa rakennetta eikä kutistuma- ja virumaeroja tai jäykkyyseroja täten huomioida. Ei huomioida reunojen 1000 mm umpilaattaosuuksia kuormien laskennassa, koska ne aiheuttavat lisäkuormaa lähinnä tukeville rakenteille, joita ei tutkita tässä. Leikkausvoiman määräävä kohta siirtyy tuen läheltä kohtaan, jossa umpilaattaosuus loppuu. Ontelolaattaa ja sen pintavalua käsitellään betoni-betoni liittorakenteena. Ei tutkita ontelolaatan ja pintavalun välisen sauman kestävyyttä, koska sen arvo ei ollut lähelläkään määräävää kappaleessa ja sen laskentaperiaate ei muutu.

119 101 Laskentaan pätevät samat yksinkertaistukset ja oletukset kuin kappaleessa ja liitteissä 6A ja 6B. Hyödynnetään liitteissä laskettuja tähän soveltuvia arvoja tarvittaessa. Arvot kopioidaan vähintään 5 desimaalin tarkkuudella. Lasketaan ensin laatan kestävyys käyttämällä suurinta mahdollista jännevoiman arvoa 10 MPa tarkkuudella, jota rajaa kappaleen rajat. Vetojännitysrajana käytetään yläpinnassa 0 MPa lopputilanteessa ja 1,7*f ctk jännittämisvaiheessa. Alapinnassa sallitaan vetojännitys 1,7*f ctk lopputilanteessa. Nämä vastaavat kappaleessa käytettyjä rajoja esimerkki 1:n pienemmän jännevoiman tapauksessa ja esimerkki 2:ssa. Laskenta tehdään vastaavasti kuin kappaleessa 4.1 käyttämällä ensin kuormien ja materiaalikestävyyksien karakteristisia arvoja ja sitten murtorajatilan mukaisia arvoja. Merkinnät ovat samoja kuin kappaleessa Laskennallisen koekuormituksen laskelmat on suoritettu liitteessä 14A. Käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 5.7. Taulukko 5.7. Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, maksimijännevoima, laskennallinen koekuormitus. q k [kn/m 2 ] M Rk V Rk Rk w max t c V c0 = 149,095 kn (1 538,760 3,968 5,211 ks. (1 65,6 mm -14 MPa knm MPa MPa 1 (1 V Rk [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,190 4,68 4,36 3,35 36,43 < 0 19,42 2, ,190 23,40 11,60 8,51 49,75 23,75 37,90 5, ,190 42,12 18,84 13,67 63,06 74,57 56,39 6, ,190 51,48 22,47 16,25 69,72 99,98 65,63 10, ,190 79,56 33,33 23,99 89,69 (2 11,93 1,97 293,714 94,01 39,52 27,97 99,97 (2 12,72 1,92 285,866 99,93 42,99 29,60 1) V Rk = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Poikkileikkaus on jo viimeistään tässä vaiheessa halkeillut, mutta taipuma on laskettu ehjälle poikkileikkaukselle. Taipuma-arvo on alakanttiin. Jänteet olivat k275 eli yksi jänne onteloa kohti ja alkujännitys oli 1110 MPa. Jännityshäviöt olivat noin 7,06 %, joten lopputilanteen jännevoimaksi yhtä ontelolaattaa kohti tuli noin 675,23 kn. Alkutilanteen jännitysrajoitukset rajoittivat jännevoiman arvon. Taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 12,72 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen keskimääräinen venymä p on tällöin noin 41,29. Liitteessä 14B on laskettu sama laatan vahvistus murtorajatilassa, jossa lisättävän kuorman varmuuskertoimena on käytetty 1,6. Laskennassa käytetyt mitoituskestävyydet ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa 5.8.

120 102 Taulukko 5.8. Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, maksimijännevoima, murtorajatila. q k [kn/m 2 ] M Rd V Rd Rd V c0 = 110,441 kn (1 465,497 knm ks. (1 2,666 MPa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,881 22,16 13,10 11,11 2, ,881 56,83 28,74 23,40 5, ,881 91,50 44,39 35,68 5,61 1,95 215,580 99,96 49,39 38,68 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu pintakuorman arvolla 5,61 kn/m 2. Taulukon 5.7 tulosten perusteella käyttörajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan 6,25 kn/m 2 kuormalla, kun laatan alapinta ylittää vetojännitysrajan. Käyttämällä maksimijännevoimaa eli yksi punos kussakin ontelossa ja alkujännitys 1110 MPa saavutetaan siis kuormaluokan III suunnittelukuorma 5,0 kn/m 2. Tutkitaan seuraavaksi, mitä tapahtuu, kun harvennetaan punosten jakoväliä k550:een eli asennetaan vain punos joka toiseen onteloon. Liitteessä 15 on kooste laskelmista. Käyttörajatilan rajat tulevat vastaan kuormalla 2,28 kn/m2, kun vetojännitysraja ylittyy. Murtorajatilan taivutuskestävyys tulee vastaan jo pintakuormalla 0,4 kn/m 2 eli ratkaisu ei ole hyväksyttävä, kun haetaan vähintään kuormaluokan IV (pintakuorma 2,5 kn/m 2 ) saavuttavaa ratkaisua. Tämän ja maksimijännevoiman välisiä arvoja voitaisiin kokeilla esimerkiksi asentamalla kaksi punosta joihinkin onteloihin, mutta asiaa ei tutkita tässä työssä tarkemmin. Jännevoiman siirto oleville rakenteille voidaan toteuttaa myös muilla tavoilla kuin kuvassa 5.4 on esitetty. Kuvassa 5.5 on esimerkki ankkurikappaleen vaihtoehtoisesta sijainnista leukapalkilla. Kuva 5.5. Ankkurikappaleiden vaihtoehtoinen sijoittelu ontelolaatan vahvistamisessa ulkopuolisella jänteellä. Tässä vaihtoehdossa ontelolaattojen päitä ei tarvitse valaa umpeen ollenkaan tai ei ainakaan kovinkaan paljoa. Olevan leukapalkin raudoituksen ja punosten sijainti on huomioitava läpi poratessa ja sen kestävyys on tarkistettava ankkurikappaleen aiheuttamille halkaisuvoimille ja paikalliselle puristukselle.

121 Hiilikuituvahventaminen Liimausvahventamisella tarkoitetaan sitä, että vahvennettavaan rakenteeseen asennetaan liimaamalla erillinen vahvikeosa. Hiilikuituvahventamisessa liimattava osa on hiilikuitukomposiittia. Menetelmän käyttöä on tutkittu ja kokeiltu muun muassa silloissa. [10; 25] Tässä kappaleessa tutkitaan menetelmän soveltuvuutta kuori- ja ontelolaattarakenteisiin pysäköintitasoihin. Aluksi käsitellään tarkemmin hiilikuituvahventamisessa käytettäviä materiaaleja ja asioita, jotka liittyvät hiilikuituvahvikkeen liimaamiseen vahvistettavaan rakenteeseen. Seuraavaksi käydään läpi, miten hiilikuituvahvistamisen mitoituslaskelmat tehdään sovellettuna ontelo- ja kuorilaatoille. Lopuksi tutkitaan teoreettinen maksimikapasiteetti, joka hiilikuituvahvistamisella on mahdollista saavuttaa tutkittavissa kuori- ja ontelolaattarakenteissa tietyllä hiilikuitunauhojen sijoittelulla pitäen murtotapa sitkeänä Hiilikuituvahventaminen ja siinä käytettävät materiaalit Hiilikuitukomposiitti muodostuu suuresta määrästä pieniä, jatkuvia ja yhdensuuntaisia hiilikuituja, jotka ovat nipussa hartsimatriisissa, sekä lisäaineista. Hiilikuitu on pääasiallinen kuormia kantava ainesosa, kun taas matriisiosa ja hartsi sitovat kuidut yhteen ja suojaavat niitä. Liimausvahventamisessa käytettävissä hiilikuitukomposiittinauhoissa kuidut kulkevat vain pituussuunnassa, jolloin vahvike toimii vain yhteen suuntaan. Markkinoilla on olemassa nauhojen lisäksi myös muunlaisia vahventamiseen sopivia hiilikuitutuotteita, kuten hiilikuitukankaat. [25.] Kuvassa 5.6 on periaatekuva hiilikuitukomposiitin rakenteesta. Kuva 5.6. Periaatekuva hiilikuitukomposiitista [1]. Hiilikuitutuotteet eivät ole yhtä hyvin standardisoituja kuin esimerkiksi betoniteräkset, vaan niiden ominaisuudet vaihtelevat valmistajasta riippuen. Vahventamiseen käytettävät hiilikuitunauhat ovat tyypillisesti leveydeltään mm ja paksuudeltaan 1,0 1,5 mm. Myös paksumpia hiilikuitutuotteita on saatavilla. Kimmomoduuli vaihtelee tuotekohtaisesti välillä MPa ja murtolujuus välillä MPa. [10.] Taulukossa 5.9 on esimerkiksi Oy Sika Finland Ab:n CarboDur-hiilikuitunauhojen ominaisuuksia.

122 104 Taulukko 5.9. Sika CarboDur -hiilikuitunauhojen ominaisuuksia [60]. Tuote Sika CarboDur S Sika CarboDur M Sika CarboDur H Kimmokerr. [MPa] (* Vetolujuus [MPa] (* 3000 (** 3000 (** 1450 (** Murtovenymä [%] (* 1,70 1,35 0,45 Tiheys [kg/m 3 ] Leveys [mm] Paksuus [mm] 1,2 1,4; 2,5 1,4 1,4 *) Arvot on mitattu kuitujen pituussuunnassa. **) Vetolujuuksista on ilmoitettu 5 % fraktiiliarvo. Arvoa ei ole annettu CarboDur H:lle, joten arvo arvioitiin tähän taulukkoon vähimmäisarvon 1350 MPa ja keskiarvon 1500 MPa avulla. Toisin kuin betoniteräksillä ja jännepunoksilla, hiilikuitunauhojen jännitysvenymäkuvaajassa ei ole vaakasuoraa kohtaa, vaan suora kasvaa tasaisesti kimmokertoimesta riippuen murtoon asti. Murtorajatilassa hiilikuitunauhojen osavarmuuslukuna käytetään 1,5 murtolujuuden suhteen. [10.] Kuvassa 5.7 on CarboDur-tuotteiden jännitys-venymäkuvien periaatteet. Kuva 5.7. Sika CarboDur -hiilikuitunauhojen jännitysvenymäkuvaajien periaatekuva. Hiilikuitukomposiitti kestää hyvin kosteuden ja lämpötilan vaihteluja. Komposiitti ei viru ja sen lämpölaajenemiskerroin on lähellä nollaa. Auringon UV-valo ei vahingoita itse hiilikuituja, mutta se voi vahingoittaa hartsimatriisia, jonka takia komposiitti kannattaa suojata esimerkiksi akryyli- tai polyuretaanipohjaisella maalilla. Hiilikuitukomposiittien pitkäaikaiskestävyydestä ei ole tarkkaa tietoa, koska niitä on tutkittu ja käytetty vahvistamistarkoituksessa vasta korkeintaan 40 vuotta. Hiilikuitu on arka mekaanisille vaurioille, joita pysäköintirakennuksessa voi aiheutua esimerkiksi ilkivallan tai ajoneuvoliikenteen takia. [10; 25] Hiilikuitukomposiittinauhan liimaus vahvistettavaan rakenteeseen tehdään puristusliimauksena, jossa liima levitetään määrätyn paksuisena kerroksena sekä betonipintaan että hiilikuitunauhaan ja nauha puristetaan betonipintaan kiinni. Liimana käytetään yleensä tiksotrooppista, kaksikomponenttista epoksiliimaa, joka sisältää epoksia ja kovetinta. Liimalla tulee olla riittävä tartunta- ja leikkauslujuus ja sen lämpölaajenemisominaisuudet ja muut fysikaaliset ominaisuudet eivät saa olla sellaisia, että ne aiheuttavat tartunnan heikentymistä. [10.]

123 105 Vahvennettavalle betonirakenteelle on tehtävä tartuntavetokokeet ja lujuuden minimiarvo on 1,5 MPa. Rakenteessa ei saa olla leveää leikkaushalkeilua vahvikkeiden liimausalueella. Yli 0,2 mm leveät taivutushalkeamat on injektoitava voimaa siirtäviksi. [10.] Vahventamismateriaali saa peittää maksimissaan 1/3:n vahvennettavasta pinta-alasta kosteuden poistumisen varmistamiseksi. Vahvikkeiden väliselle suurimmalle etäisyydelle laatoilla voidaan soveltaa vetoraudoituksen ohjeita; vahvikkeiden vapaa väli (ei keskiöetäisyys) on maksimissaan 450 mm tai 3 kertaa laatan paksuus. [10.] Hiilikuituvahventamisen mitoitus Käydään tässä kappaleessa läpi hiilikuitunauhoilla vahvistettavan kuori- tai ontelolaattarakenteen laskennallinen analysointi siltä osin kuin se eroaa alkuperäisen rakenteen laskennasta. Käydään ensin läpi hiilikuitunauhoilla vahvistettavaan rakenteeseen yleisesti sovellettavat pääperiaatteet. Seuraavaksi käsitellään taipuman, poikkileikkauksen jännitysten ja joidenkin murtolujuuksien (ontelolaatan leikkaus-vetokestävyys, työsauman kestävyys) laskenta, joiden periaate muuttuu ainoastaan siten, että poikkileikkausarvot muuttuvat. Lopuksi käsitellään taivutuskestävyyden, taivutus-leikkauskestävyyden ja liimasauman kestävyyden laskenta yksityiskohtaisemmin sekä ankkurointipituuden määritys. Luetellaan liimausvahventamisen mitoituksen pääperiaatteet siltä osin kuin ne eroavat vahventamattoman rakenteen mitoitusperiaatteista: Poikkileikkauksen pääsuunnan taivutuskapasiteettia saadaan kasvattaa korkeintaan 50 %. Liimasauman muodonmuutosta ei huomioida. Raudoitteiden ja jännepunosten maksimivenymä saa olla korkeintaan niiden murtovenymä. Raudoitteiden tai punosten tulee myötää ennen kuin hiilikuituvahvike saavuttaa suunnittelulujuutensa tai betoni murtolujuutensa. Halkeamatarkastelussa liimausvahvistus toimii poikkileikkauksen osana. [10.] Hiilikuitunauhat muuttavat poikkileikkauksen taivutusvastuksen W, neliömomentin I ja taivutusjäykkyyden EI arvoja, mikä aiheuttaa muutoksia jännitysten ja taipuman laskentaan. Myös rakenteen staattinen momentti S muuttuu, mikä muuttaa ontelolaatan leikkaus-vetokestävyyden ja työsauman kestävyyden laskentaa. Tavallisesti betoniteräkset jätetään huomioimatta poikkileikkausarvoja laskettaessa niiden pienen suhteellisen pinta-alan takia. Hiilikuitunauhojen suhteellinen poikkipinta-ala on myös pieni, joten niiden vaikutus voi olla syytä jättää huomioimatta laskelmissa. Taulukossa 5.10 on listattu, kuinka paljon liittopoikkileikkauksen poikkileikkausarvot muuttuvat kappaleessa tutkitulla kuorilaatalla (KL120/200) ja kappaleessa tutkitulla ontelolaatalla (OL400+80), kun niihin lisätään maksimimäärä hiilikuituvahvikkeita alapintaan. Laskelmat on suoritettu liitteessä 16.

124 106 Taulukko Poikkileikkausarvojen muutos, kun hiilikuitunauhat (Sika CarboDur H) huomioidaan. Poikkileikkausarvo KL120/200 OL Alkup. arvo Muutos [%] (2 Alkup. arvo Muutos [%] (2 A [mm 2 ] , ,172 I [mm 4 ] 8,01680* ,077 92,46496* ,723 W a [mm 3 ] 8,23464* ,182 38,08581* ,168 W y [mm 3 ] 7,81018*10 6 0,841 38,97867*10 6 0,715 S [mm 3 ] ei laskettu ei laskettu 27,69057* ,252 S 2 [mm 3 ] (1 ei laskettu ei laskettu 18,93306* ,742 EI [N*mm 2 ] 2,67463* ,917 32,34831* ,035 1) S 2 on pintabetonin staattinen momentti liittopoikkileikkauksen neutraaliakselin suhteen. 2) Muutosprosentti on laskettu jakamalla uuden ja alkuperäisen arvon erotus alkuperäisellä arvolla. Kuten taulukosta 5.10 nähdään, hiilikuitunauhojen huomiointi aiheuttaa vain pieniä muutoksia poikkileikkausarvoissa. Kuorilaatalla selvästi suurin muutos 5,917 % tapahtuu taivutusjäykkyydessä EI; muiden arvojen muutos on tätäkin pienempi. Ontelolaatalla erot ovat kuorilaattaa pienempiä. Nämä ovat teoreettisia maksimiarvoja, joiden saavuttaminen käytännössä edellyttäisi hiilikuitujen asentamista rakenteeseen heti jännityspöydältä nostamisen yhteydessä. Todellisissa vahvistuskohteissa rakenteella on jo ennestään tietty palautumaton taipuma ja jännitystila, jota hiilikuituvahvistaminen ei muuta. Erot ovat niin pieniä, että käytännön suunnittelussa hiilikuitunauhoja ei ole syytä huomioida poikkileikkausarvojen laskennassa. Täten käyttörajatilan ja sallittujen jännitysten laskenta ei muutu mitenkään hiilikuituvahvistamisen myötä. Hiilikuitunauhat voitaisiin huomioida betoniterästen tavoin halkeamaleveyden laskennassa [10]. Tässä työssä halkeamaleveyden laskentaa ei tehdä, koska rakenteiden mitoituskriteerinä käytettiin halkeilemattomuutta eli betonin vetojännitysrajana on halkeilukapasiteetti. Käydään seuraavaksi läpi yksi iteratiivinen laskentatapa hiilikuituvahvennetun jännebetonirakenteen taivutuskestävyyden M Rd laskemiselle. Menetelmä muistuttaa periaatteeltaan kappaleessa esitettyä tapaa. Aluksi on arvioitava jännepunoksen venymä vahvistushetkellä jollain tavalla. Lähteessä on esitetty yksi iteratiivinen laskentatapa punoksen venymän laskemiselle käyttörajatilan kuormille [37]. Alkuvenymä voitaisiin arvioida kyseisellä menetelmällä ottamalla ulkoiseksi kuormitukseksi pelkästään rakenteen omanpainon aiheuttama käyttörajatilan mukainen momentti. Sovelletaan tässä kuitenkin betoniteräkselle esitettyä likimääräistä periaatetta, jolla saadaan karkea arvo pysyvien kuormien aiheuttamalle punosvenymälle g0 (= ce + pe + s1 ) ennen vahvistamista. Betoniteräksen tapauksessa pysyvien kuormien aiheuttaman alkuvenymän g0 laskemiselle on esitetty likimääräinen tapa, joka on esitetty kaavassa =,, 5.2.1

125 107 jossa M g on taivutusmomentti pysyvistä kuormista, M Rk,0 on taivutuskapasiteetti ennen vahventamista ja yk on betoniteräksen myötörajaa vastaava venymä [10]. Kaava perustuu siihen, että normaaliraudoitettu rakenne murtuu, kun betoniteräs saavuttaa myötövenymän. Kaava monimutkaistuu jännepunoksen tapauksessa, koska jännepunoksen jännitysvenymäkäyrässä on yhden suoraosan sijaan kaksi suoraosaa (katso kuva 2.2). Sitkeästi raudoitetussa jännebetonirakenteessa momenttikestävyys perustuu myös siihen, että punos saavuttaa myötövenymää vastaavan myötöjännityksen. Kuvassa 5.8 on esitetty esimerkkitapaus alkuvenymän g0 määrityksestä jännebetonirakenteella, jossa taivutusmurrossa punoksen jännitys on f pyd ja suhde M g /M Rk,0 on 50 %. Kuva 5.8. Esimerkki pysyvien kuormien aiheuttaman punosvenymän g0 määrityksestä käyttörajatilassa karkealla menetelmällä. Kuvan avulla voidaan päätellä, että venymä g0 voidaan laskea suhteen M g /M Rk,0 ollessa < 90 % kaavasta = 0, , Kun g0 tunnetaan, arvataan vahvistamisen jälkeen tuleva punoksen lisävenymä s2, jonka avulla lasketaan punoksen venymä taivutusmurrossa kaavasta = Asetetaan betonin puristuma c arvoon 3,5 (= murtopuristuma cu ). Kuvassa 5.9 on esitetty periaate hiilikuitunauhan venymän h ja mitan x määrittelylle.

126 108 Kuva 5.9. Hiilikuituvahvennetun jännebetonirakenteen venymien ja mitan x ratkaisu. Kuvasta 5.9 saadaan ratkaistua yhdenmuotoisten kolmioiden avulla h ja x kaavoilla ja = +, = ( ) Tämän jälkeen voidaan ratkaista venymien avulla jännitys-venymäkuvaajista punoksen jännitys p ja hiilikuitunauhan jännitys h, jonka on oltava vähemmän kuin f hd. Nyt voidaan ratkaista punosten ja hiilikuitujen voimaresultantit N p ja N h sekä puristuspinnan tehollinen korkeus y kaavoista =, =, = 0,8, joissa A h on hiilikuituvahvikkeiden ja A p jännepunosten pinta-ala. Tarkistetaan tässä vaiheessa voimatasapainosta, että arvattu punoksen venymä oli oikein kaavalla = = Kun iteraatio on suoritettu, varmistetaan, että punos myötää. Sisäiset momenttivarret z p ja z h sekä taivutuskestävyys M Rd saadaan nyt ratkaistua kaavoista = 2, = 2, =

127 109 Jos tehollisen puristuspinnan korkeus y ei pysy betoni-betoniliittorakenteella yhdessä betonikerroksessa, kuten kuori- tai ontelolaatan pintavalussa, noudatetaan kappaleessa esitettyjä periaatteita ja kaavat muuttuvat. Hiilikuituvahvennetun leikkausraudoittamattoman rakenteen taivutusleikkauskestävyys voidaan laskea soveltaen samalla tavalla kuin kappaleissa ja esitettiin. Tarkasteltavassa kohdassa ankkuroidut hiilikuitunauhat huomioidaan termissä kaavan mukaisesti = 1 ( + ) 0,02, jossa A h on vahvikkeiden pinta-ala ja E h niiden kimmokerroin. [10.] Liimasauman kestävyys voi rajoittaa hiilikuitunauhojen käyttökelpoisuutta leikkausvoiman kannalta kriittisimmissä kohdissa. Työsauman kestävyyden ja ontelolaatan leikkaus-vetokestävyyden laskenta ei muutu alkuperäisestä. Palkeille voidaan tehdä myös leikkaukselle vahventamista, jossa hiilikuitunauhoja liimataan pystysuoraan palkkien kylkiin ja ne toimivat hakaraudoituksen lisänä [10]. Asiaa ei käsitellä tässä työssä tarkemmin. Mitoitusleikkausjännitys h,d hiilikuituvahvikkeen ja betonin välisessä liimasaumassa lasketaan kaavasta , =, ( ), jossa V q,d (x) on mitoitusleikkausvoima, josta on vähennetty ennen vahvistamista olevat pysyvät kuormat tutkittavassa kohdassa, S h on staattinen momentti vahvikelevyn suhteen, I on palkki- tai laattapoikkileikkauksen neliömomentti ja b h on vahvikelevyn leveys. Liimasauman leikkauslujuus f vd on rajoitettu ohjeissa maksimiarvoon 1,0 MPa. [10.] Käytännössä tämä arvo tai betonin mitoitusvetolujuus f ctd on mitoittava. Esimerkiksi Sikadur -30 -liimalla leikkauslujuus on vähintään 12 MPa ja tartuntalujuutta rajoittaa betonin murtuminen [61]. Vahvikkeet ankkuroidaan yleensä niiden täydelle kapasiteetille. Tällöin vaadittava ankkurointipituus l v voidaan määrittää kaavasta = 400, jossa k v on 1,5, f hd on hiilikuituvahvikkeen vetolujuuden mitoitusarvo, f ctk on liimausalustana olevan betonin karakteristinen vetolujuus ja t h on vahvikkeen paksuus. Ankkurointipituutta voidaan tarvittaessa pienentää lineaarisesti vetovoiman suhteessa kapasiteettiin. [10.]

128 Kuorilaatan vahvistaminen hiilikuitunauhoilla Tutkitaan kappaleessa analysoidun ja liitteissä 4A ja 4B lasketun kuorilaatan KL120/200 (L=5000) vahventamista hiilikuitunauhoilla. Tutkittavan ratkaisun periaate on esitetty kuvassa Pyritään selvittämään maksimikapasiteetti, joka vahvistamisella voidaan saavuttaa siten, että rakenne pysyy sitkeänä. Täten kuorilaatassa oletetaan kaikki punokset toimiviksi. Todellisessa kohteessa ehjien punosten määrät ja venymät sekä rakenteen kunto pitää jollain tavalla ensin arvioida. Kuva Tutkittava ratkaisu kuorilaatan hiilikuituvahventamisesta. Alla on lueteltu laskennassa tehtäviä otaksumia ja yksinkertaistuksia sekä joitain huomioita laskettavista asioista: Varsinaiset jännitettyyn betonirakenteeseen (kuorilaattaan ja pintavaluun) liittyvät oletukset ovat samoja kuin kappaleessa Hiilikuitunauhat valitaan Sikan tuotteista siten, että saadaan 50 % suurempi taivutuskestävyys huomioiden, että rakenteen täytyy olla sitkeä, hiilikuitunauhat saavat peittää maksimissaan 1/3 laatan alapinnan pinta-alasta ja vahvikkeiden välinen vapaa väli saa olla maksimissaan 450 mm tai 3 kertaa laatan paksuus. Hiilikuitunauhojen vaikutusta poikkileikkausarvoihin ei huomioida. Täten käyttörajatilaa ja sallittuja jännityksiä ei tarkastella, koska niiden arvot eivät muutu. Murtorajatilan mukaiset kestävyysarvot, jotka eivät muutu hiilikuituvahventamisessa, otetaan liitteestä 4B vähintään 5 desimaalin tarkkuudella. Ei lasketa pintavalun ja elementin välisen sauman kestävyyttä, koska tarkkaa tietoa ansasmääristä ei ollut eikä laskentaperiaate muutu alkuperäisestä laskentatavasta, kun poikkileikkausarvojen muutoksia ei huomioitu. Jatketaan laskentaa, vaikka liimasauma laskennallisesti pettäisikin vahvistusalueen reunalla, jossa nauhojen toimivaksi ajateltu alue lakkaa. Vahvistettu laatta tutkitaan murtorajatilassa taivutuskestävyyden M Rd, leikkauskestävyyden V Rd ja liimasauman leikkauskestävyyden f vd suhteen. Momentti on tarkasteltu pelkästään jänteen keskellä, vaikka periaatteessa pitäisi myös tarkastaa hiilikuitunauhojen toimivan alueen reunan kohta, jossa momenttikestävyys on alkuperäisen rakenteen mukainen. Laskelmat on suoritettu liitteessä 17. Laskelmia tehdessä huomattiin, että laatassa ei voi käyttää CarboDur H -vahvikkeita, koska niiden murtolujuus ei ole riittävä. CarboDur S ja M -vahvikkeilla saadaan toimiva ratkaisu, jossa niiden maksimimäärää rajaa sitkeysehto eli punosten pitää myötää murrossa. CarboDur S -nauhojen käyttö

129 111 olisi perusteltua, jos hiilikuidun murtovenymä olisi rajoittava tekijä, mikä ei tässä tapauksessa ole ongelma. Päädyttiin käyttämään CarboDur M -nauhoja 60x1,4 mm 2 k400. Käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa Taulukko Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen, CarboDur M 60x1,4 mm 2 hiilikuitunauhat k400. q k [kn/m 2 ] M Rd V (2 Rd f vd V c0 = 171,243 kn (1 185,876 knm ks. ( kpa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] ,486 12,11 4,54 0 2, ,486 20,18 7,57 66,99 3, ,486 24,15 9,06 99,95 5, ,486 28,25 10,60 10, ,486 44,38 16,65 27,22 1,68 274,061 99,97 44,64 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Vahvistusratkaisussa arvo pysyy samana kuin alkuperäisessä rakenteessa. Hiilikuitunauhat pettävät liimapinnastaan murtorajatilassa jo pintakuorman arvolla 4,73 kn/m 2. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuisi vasta pintakuorman arvolla 27,22 kn/m 2 + omapaino. Jännepunoksen kokonaisvenymä p on tällöin murtorajatilan mukaisilla arvoilla laskettuna noin 6,90 (> 1 ). Murtumistapa on siis juuri ja juuri sitkeä tulkinnasta riippuen. Ankkurointipituudeksi tarvittavalle kapasiteetille ankkuroitaessa saatiin noin 1310 mm. Hiilikuitunauhan liimauspinta rikkoutui paljon ennen taivutusmurtoa toimivan alueen reunalla olevan leikkausvoiman takia. Rakennetta voitaisiin muuttaa lyhentämällä vahvennosten toimivaa aluetta jänteen keskellä siten, että suurimpien momenttien alue on vielä vahvennettu. Tällöin liimapinnan leikkausjännitys pienenisi ja tällä tavalla voitaisiin optimoida järkevin vahvennettavan alueen pituus. Vaikka liimasauma ei rikkoutuisi, hiilikuituvahvistaminen ei ole tälle tutkittavalle kuorilaatalle järkevä vaihtoehto. Käyttörajatila oli kappaleen perusteella suunnilleen yhtä määräävä kuin murtorajatila ja, kuten aiemmin on todettu, hiilikuituvahvistaminen ei käytännössä vaikuta käyttörajatilaan, jos halkeilua ei sallita. Kappaleessa tutkitulla kuorilaatalla KL120/220 (L=7500) käyttörajatila oli selvästi murtorajatilaa määräävämpi, joten siihen hiilikuituvahventaminen sopisi vieläkin huonommin Ontelolaatan vahvistaminen hiilikuitunauhoilla Tutkitaan kappaleessa analysoidun ja liitteissä 6A ja 6B lasketun ontelolaatan h=400 + pintavalu 80 mm (L=16400) vahventamista hiilikuitunauhoilla. Tutkittavan ratkaisun periaate on esitetty kuvassa Pyritään selvittämään maksimikapasiteetti, joka vahvistamisella voidaan saavuttaa. Täten ontelolaatassa oletetaan kaikki punokset toimiviksi. Todellisessa kohteessa ehjien punosten määrät ja venymät sekä rakenteen kunto pitää jollain tavalla ensin arvioida.

130 112 Kuva Tutkittava ratkaisu ontelolaatan hiilikuituvahventamisesta. Laskennassa tehtävät otaksumat ja yksinkertaistukset ovat vastaavia kuin kappaleessa Alkuperäisen rakenteen laskennassa tehdyt oletukset on käyty kappaleessa Joitain lähtöarvoja on otettu liitteestä 6B vähintään 5 desimaalin tarkkuudella. Vahvistetun laatan murtorajatilassa tutkittavat asiat ovat: M Rd = taivutuskestävyys V Rd = taivutus-leikkauskestävyys, kun jännevoiman vaikutus on huomioitu Rd = leikkaus-vetokestävyys (ontelolaatan uuman vetokestävyys), kun ei huomioida tukirakenteen taipumaa v Rd = elementin ja pintavalun välisen sauman kestävyys f vd = liimasauman leikkauskestävyys. Momentti on tarkasteltu pelkästään jänteen keskellä, vaikka periaatteessa pitäisi myös tarkastaa hiilikuitunauhojen toimivan alueen reunan kohta, jossa momenttikestävyys on alkuperäisen rakenteen mukainen. Laskelmat on suoritettu liitteessä 18. Laskelmia tehdessä huomattiin, että laatassa ei voida käyttää CarboDur H -vahvikkeita, koska niiden murtolujuus ei ole riittävä. CarboDur S ja M -vahvikkeilla saadaan toimiva ratkaisu, jossa niiden maksimimäärää rajaa sitkeysehto ja suurin sallittu taivutuskapasiteetin suhteellinen lisäys. CarboDur M -nauhoja kokeiltaessa hiilikuitujen jännitys kasvoi melko lähelle suunnittelulujuutta, kun tavoiteltiin 50 % taivutuskapasiteettilisäystä. Päädyttiin käyttämään CarboDur S -nauhoja 100x1,4 mm 2 k350. Käytetyt raja-arvot ja niiden suhteen lasketut käyttöasteet ovat taulukossa Taulukko Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen, CarboDur S 100x1,4 mm 2 hiilikuitunauhat k350. q k [kn/m 2 ] V c0 = 158,051 kn (1 979,570 knm M Rd V Rd (2 ks. (1 Rd (2 v Rd (2 2,508 MPa 1 (1 V Rd [kn] (1 KÄYTTÖASTEET [%] 320,996 kpa f vd 1000 kpa ,102 32,87 23,66 30, , ,102 49,34 35,52 44,71 20,92 61,01 4, ,102 59,82 43,06 53,72 34,23 99,80 5, ,102 65,81 47,38 58,88 41,85 10, ,102 98,76 71,10 87,20 83,69 10, ,102 99,95 71,95 88,22 85,20 1) V Rd = 1 *V c0 ; 1 riippuu kuormasta. 2) Vahvistusratkaisussa arvo pysyy samana kuin alkuperäisessä rakenteessa.

131 113 Hiilikuitunauhat pettävät liimapinnastaan murtorajatilassa jo pintakuorman arvolla 4,09 kn/m 2. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuisi pintakuorman arvolla 10,18 kn/m 2 + omapaino. Tällöin myös leikkauskapasiteetit lähenevät käyttöastetta 90 %. Jännepunoksen kokonaisvenymä p on tällöin murtorajatilan mukaisilla arvoilla laskettuna noin 11,50 (> 2 ) ja murtumistapa on sitkeä. Ankkurointipituudeksi tarvittavalle kapasiteetille ankkuroitaessa saatiin noin 1130 mm. Hiilikuitunauhan liimauspinta rikkoutui paljon ennen taivutusmurtoa toimivan alueen reunalla olevan leikkausvoiman takia. Rakennetta voitaisiin muuttaa lyhentämällä vahvennosten toimivaa aluetta jänteen keskellä siten, että suurimpien momenttien alue on vielä vahvennettu. Tällöin liimapinnan leikkausjännitys pienenisi. Optimoimalla toimivan vahvistusalueen pituus jänteen keskellä tai, jos liimapinta saadaan kestämään paremmin, saadaan toimiva rakenne, jonka taivutuskapasiteettia on kasvatettu merkittävästi. Laatan leikkauskestävyys ei parane mitoittavassa kohdassa, joten se voi tulla kriittisemmäksi tekijäksi kuin vahvistamattomalla rakenteella. Käyttörajatila oli kappaleen perusteella murtorajatilaa määräävämpi, joten tässä tapauksessa pelkkä taivutuskapasiteetin kasvatus ei tuo merkittävää hyötyä. Vastaava tilanne on myös kappaleessa tutkitulla 500 mm paksulla ontelolaatalla. Tässä laskenta tehtiin ehjälle rakenteelle; johonkin yksittäiseen tapaukseen, jossa rakenne on jollain tavalla ennestään vaurioitunut ja halkeilua sallitaan, hiilikuituvahventaminen voi sopia paremmin. 5.3 Muita ideoituja korjausperiaatteita Tässä kappaleessa käydään lyhyesti läpi tämän työn tekemisen aikana mieleen tulleita korjausperiaatteita, joita ei päätetty tutkia tarkemmin. Käydään korjaustavan periaate karkeasti läpi ja syyt, miksi ratkaisun ei ajateltu alustavasti olevan järkevä varsinkaan pysäköintitasojen kannalta tai miksi ratkaisua ei tutkittu tarkemmin. Ensin käsitellään ratkaisuidea, jossa ontelolaatan onteloihin lisättäisiin betoniteräksiä ja valetaan laatta umpeen. Toisena ratkaisuideana käsitellään kuorilaatan muuttaminen jatkuvaksi rakenteeksi pintavalun raudoitusta muuttamalla. Kolmantena ratkaisuideana käydään läpi uuden teräksisen tukirungon rakentaminen pilareista ja palkeista Ontelolaatan muuttaminen umpilaataksi Tässä korjausideassa vanhaa ontelolaatastoa vahvistetaan seuraavasti: 1) Piikataan onteloiden yläpinnasta betonia pois tarvittava määrä. 2) Asennetaan onteloiden pohjalle järeitä betoniterästankoja, esimerkiksi T32 A500HW. 3) Valetaan koko laatta umpeen betonilla. Tällöin laatta toimisi umpinaisena teräsbetonilaattana ja osittain jännitettynä rakenteena riippuen siitä, voidaanko vanhojen punosten kuntoon enää luottaa. Tarkempaa selvitystä vaatisi betoniterästen ankkurointi tukien alueella ja eri-ikäisten betonien viruma- ja kutistumaerojen aiheuttamat jännitykset.

132 114 Ratkaisu päätettiin hylätä, koska sen kustannukset ovat todennäköisesti käytännössä liian suuret hyötyyn nähden. Erityisesti laatan käyttörajatila voi tulla ongelmalliseksi, koska pysäköintirakennuksissa käytettävät tyypilliset ontelolaatat ja jännevälit eivät yleensä täytä teräsbetonilaattojen karkeaa suositusta teholliselle korkeudelle (d L/30). Toimivien jännepunosten määrä on todennäköisesti vähäinen, jos näin järeälle korjaustavalle olisi tarvetta. Umpilaatta myös rasittaisi tukevia rakenteita (palkit ja pilarit) huomattavasti enemmän kuin vanhat ontelolaatat Kuorilaatan muuttaminen jatkuvaksi rakenteeksi Kuorilaatat mitoitetaan tavallisesti yksiaukkoisina vapaasti tuettuina laattoina, joiden pintabetoniin on tukialueella asennettu vain vaadittava ankkurointiraudoitus [VOR II H]. Alun perin yksiaukkoisena suunnitellusta kuorilaatasta voitaisiin tehdä jatkuva rakenne piikkaamalla pintabetoni tuilla ja asentamalla tukimomentin kestävä betoniteräsmäärä ja valamalla tuelle uusi pintavalu. Periaate korjaustavasta on kuvassa Kuva Periaatekuva kuorilaatan muuttamisesta jatkuvaksi rakenteeksi. Korjausperiaate soveltuu todennäköisesti hyvin esimerkiksi teollisuus- tai toimistorakennuksiin. Pysäköintirakennuksissa rakenteen riskialteimmat kohdat turmeltumisilmiöille ja halkeilluille ovat juuri tukien yläpinnassa, joille tämä korjausmenetelmä ohjaa enemmän taivutusta. Vahvistamisesta olisi hyötyä lähinnä, jos kuorilaatta tarvitsee lisää kapasiteettia kentässä. Tuki todennäköisesti vaatisi halkeamaleveyksien rajoittamisen takia suuren teräsmäärän tai pitäisi käyttää ruostumatonta terästä. Näistä syistä kuorilaatan muuttaminen jatkuvaksi rakenteeksi päätettiin jättää tutkimatta tässä työssä Uuden teräksisen tukirungon asennus Laatastoa voidaan vahvistaa lyhentämällä sen jänneväliä asentamalla uusi teräsrakenteinen pilaripalkkirunko esimerkiksi 0,5 1,5 metrin päähän vanhasta betonirakenteisesta tukilinjasta. Tämä vaatii korjattavalta pysäköintirakennukselta riittävästi ylimääräistä tilaa ja rakennukseen voidaan joutua tekemään myös uusia pilariperustuksia. Itse teräsrakenteiden asennuksen ei pitäisi olla kovinkaan hankalaa. Pysäköintitilojen käytettävyys huononee uusien pilarien takia.

133 115 Korjausperiaate käy todennäköisesti kohteisiin, joissa on tarpeeksi tilaa uuden tukirungon rakentamiselle ja jos vanhojen betonirakenteiden kunnosta tukialueilla ei olla varmoja. Menetelmää ei tutkittu tässä työssä tarkemmin, koska tutkimus olisi käytännössä pääosin teräsrakenteisten palkkien ja pilarien mitoitusta ja niiden mitat ja mahdolliset sijainnit vaihtelevat paljon kohteen mukaan. 5.4 Veden tunkeutumisen ehkäiseminen pintarakenteessa ja saumoissa Pysäköintitasojen pitäisi olla vedenpitäviä, jotta autojen maalipintoja rasittava alkalinen vesi ei pääse vuotamaan tason läpi ja kloridien haitallista tunkeutumista rakenteisiin voidaan hidastaa. Tässä kappaleessa käydään lyhyesti läpi erilaisia menetelmiä, joilla betonin vedenpitävyyttä voidaan parantaa. Lopuksi luetellaan muutamia tuotteita, jotka on tarkoitettu kloridien tunkeutumisen ehkäisyyn tai vedenpitävyyden parantamiseen betonissa. Yksi keskeisimpiä tekijöitä veden ja kloridien tunkeutumisen ehkäisemiselle on hyvin suunniteltu vedenpoisto, jonka suunnittelua ei kuitenkaan käsitellä tässä kappaleessa tarkemmin. Tarkoituksena on etsiä ratkaisuja ontelo- tai kuorilaattarakenteisiin pysäköintitasoihin, joissa pintavalusta yritetään saada vesitiiviimpi. Ratkaisut soveltuvat myös esimerkiksi pintavalullisiin TT-laattarakenteisiin pysäköintitasoihin. Menetelmien ja aineiden soveltuvuutta ei tutkita tarkemmin eikä tarkempia suunnitteluohjeita anneta. Tavoitteena on antaa korjaussuunnittelijalle suuntaa-antavaa tietoa siitä, mitä lähteä tutkimaan syvällisemmin Pintavalun jälkijännittäminen Tehokas tapa tehdä pintabetonista vesitiivis erityisesti pintavalullisilla ontelo- ja TTlaattarakenteilla on jälkijännittää pintavalu ristiin tartunnattomilla punoksilla. Kuorilaatoilla pintabetoni pysyy yleensä puristettuna tavallisilla kuormilla, mutta myös kuorilaattojen pintavalu voidaan tarvittaessa jälkijännittää. [7; 49; 66] Pintavalun jälkijännittäminen tulee kyseeseen lähinnä, jos vanha betoni joudutaan joka tapauksessa purkamaan ja uusimaan. Uuden pintabetonin paksuuden pitää olla vähintään 80 mm ja sen pitää olla raudoitettu verkoilla tai kuitubetonilla [49; 66] Betonin sopivan koostumuksen valinta Jos pintabetoni joudutaan uusimaan, uuden betonin ominaisuudet on syytä valita mahdollisimman hyvin vedenpitäviksi. Betonin tiiveys on hyvin olennainen ominaisuus myös kloridien tunkeutumisnopeuden suhteen. Sitä voidaan lisätä vesi-sideainesuhdetta muuttamalla, kiviaineksen rakeisuuden ja muodon säädöllä sekä rakeisuuskäyrän optimoinnilla tiiviisti pakkautuvaksi ja säätämällä hienoainesmäärää vastaavasti. Työtekniikan avulla tiiveyttä voidaan lisätä käyttämällä pinnan huokoisuutta alentavaa muottimateriaalia ja tekemällä jälkihoito hyvin. [54.]

134 116 Sideainekoostumus vaikuttaa tiiveyden lisäksi myös siihen, kuinka suuri on rakenteen kriittinen kloridipitoisuus. Esimerkiksi silikan lisääminen tekee toisaalta betonista huomattavasti tiiviimpää, mutta toisaalta se pienentää sementtikiven kykyä sitoa klorideja ja pienentää huokosveden emäksisyyttä eli laskee kriittisen kloridipitoisuuden arvoa. Masuunikuona taas sitoo klorideja hidastaen niiden tunkeutumista. [54.] Pinnoitus Standardin määrittelyn mukaan pinnoitus on käsittely, jolla betonin pintaan saadaan yhtenäinen suojakerros. Kerroksen tyypillinen paksuus on 0,1 5,0 mm; erityissovellutukset voivat vaatia yli 5,0 mm paksuutta. [56.] Pinnoittaminen voi tulla kyseeseen, jos suojatun pinnan taakse ei pääse kerääntymään kosteutta. Rakenne pitäisi pinnoittaa ennen kuin kloridit ovat päässeet tunkeutumaan rakenteeseen. Vanhan rakenteen pinnoittaminen on riskialtista, jos kloridien epäillään tunkeutuneen raudoitukseen asti. [54.] Erityyppisiä epoksipinnoitteita on käytetty erityisesti aggressiivisia teollisuuden kemiallisia päästöjä vastaan ja kulutusta kestävinä pinnoitteina. Epoksipinnoitteet voivat soveltua myös pysäköintitasoihin, kunhan ne eivät ole voimakkaan auringonsäteilyn vaikutuksen alaisena. Muita veden ja kloridien tunkeutumista estäviä pinnoiteaineita ovat muun muassa polyuretaanipinnoitteet, polymeerisementtipinnoitteet ja polymeerimodifioidut sementtipinnoitteet. [63.] Pinnoitteiden kestävyys pysäköintitasojen mekaanisessa rasituksessa voi olla ongelma pitkällä aikavälillä Impregnointi Standardin määrittelyn mukaan impregnointi on betonin käsittely, jolla vähennetään betonin pinnan huokoisuutta ja lujitetaan betonin pinta. Huokoset ja kapillaarit ovat osittain tai kokonaan täyttyneet. Tämän käsittelyn tuloksena betonin pinnassa on tavallisesti epäjatkuva ohut kalvo. [56.] Kuten pinnoituksella, myös impregnoinnilla tukitaan kapillaarihuokosten suuaukkoja. Samat riskit ja ohjeet, jotka pätevät pinnoitukseen, pätevät myös impregnointiin. [54.] Impregnointiaineita ovat muun muassa epoksit, polyuretaanit ja akryylit [63] Vettähylkivä impregnointi Standardin määrittelyn mukaan vettähylkivä impregnointi on betonin käsittely, jolla saadaan aikaan vettähylkivä pinta. Huokoset ja kapillaarit on pinnoitettu sisäpuolelta, mutta niitä ei ole täytetty. Betonin pinnalla ei ole kalvoa, jonka takia sen ulkonäkö muuttuu vain vähän tai ei ollenkaan. [56.] Vettähylkivä impregnointi tekee nestemuotoisen veden kulkeutumisesta kapillaarihuokosissa hankalampaa. Siitä ei ole apua, jos kloridit ovat jo saavuttaneet raudoituksen ja korroosio on käynnistynyt. Vettähylkivä impregnointi voi olla rakenteelle vaarallinen, jos suojatun pinnan taakse kulkeutuu vettä, joka haihtuu jättäen kloridit rakenteeseen. [54.] Tämä voi tehdä menetelmästä riskialttiin pysäköintitasoille.

135 117 Useat vettähylkivät impregnointiaineet perustuvat silaaneihin, joiden alkalinkestävyys on heikko, joten vettä hylkivä impregnointi kannattaa ajoittaa siten, että pinta on ehtinyt karbonatisoitua ja sen ph on laskenut riittävästi. Silikonihartseilla alkalinkestävyys ei ole yhtä suuri ongelma kuin silaaneilla, mutta niiden tunkeutumissyvyys on huonompi. Siloksaanit valmistetaan samoista raaka-aineista kuin silaanit, mutta ne eivät sitoudu yhtä hyvin sementtipastaan suuremman molekyylikoon takia. Vettähylkivän betonipinnan karbonisoituminen nopeutuu, koska hiilidioksidin pääsy rakenteeseen helpottuu ja huokoset eivät ole vesitäytteisiä. Impregnoinnin jälkeen rakenteeseen tulevat halkeamat rikkovat vettähylkivän kerroksen. [54; 63] Tämä voi olla pysäköintitasoilla ongelma pintojen mekaanisen rasituksen takia Kloridin- ja vedenpitävyyttä parantavia tuotteita Suomessa Insinööritoimisto Sulin Oy toimittaa ja markkinoi Xypex-tuotteita, jotka ovat epäorgaanisia aineita, jotka on valmistettu muun muassa portlandsementistä, piipitoisista yhdisteistä ja useista aktiivisista kemikaaleista. Tuotteiden toiminta perustuu siihen, että käytetty aine reagoi betonissa olevan hapen ja kalsiumhydroksidin kanssa käyttäen vettä katalyyttinä, jonka seurauksena alkaa muodostua pitkiä, neulamaisia kiteitä, jotka täyttävät vähitellen betonin kapillaarihuokoset. Xypex Concentrate on uusien ja vanhojen betonipintojen käsittelyyn tarkoitettu aine, joka sivellään betonin pintaan. Vanhan betonin tapauksessa vaurioitunut ja hauras betoni poistetaan ensin. Xypex-tuotteista löytyy myös suoraan betoniin sekoitettavia lisäaineita, jotka parantavat betonin vesitiiveyttä. [71.] Pentra-Sil (244+) on palamaton ja myrkytön vesipohjainen betonin käsittelyaine. Se tiivistää ja kovettaa betonia sekä suojaa betonia kloridien tunkeutumiselta vähintään 90 %. Betoniin tunkeutuva aine reagoi kemiallisesti silikaattipitoisten materiaalien kanssa, mikä aiheuttaa vettähylkivän pinnan betoniin. [43.] Suomessa Betton Oy välittää Enviroseal 20 -tuotetta, joka on vesiliukoinen alkyylialkoksyylisilaaniemulsio, joka tunkeutuu syvälle alustaan ja reagoi kemiallisesti sementin huokosrakenteessa. Kyseessä on siis vettähylkivä impregnointiaine, joka parantaa betonipintojen säänkestävyyttä ja estää kloridien tunkeutumista betoniin. [20.]

136 118 6 YHTEENVETO Tässä yhteenvedossa käydään läpi lähinnä kappaleissa 4 (Rakenteelliset ongelmat ja riskit) ja 5 (Ontelo- ja kuorilaattarakenteen korjaus- ja vahvistamistapoja) tutkitut asiat, joihin sisältyi omaa tutkimusta eli laskentaa tai omia päätelmiä. Kirjallisuustutkimuksen tuloksia, kuten kappaleen 3 pysäköintirakennusten rakenneselvitystä, ei toisteta tässä yhteenvedossa. Aluksi luetellaan tämän työn kappaleissa 3 5 tiedossa olevat yleiset puutteet ja laskelmien puutteet sekä niissä tehdyt yksinkertaistukset, jotka on hyvä tietää työn lopputuloksia tarkasteltaessa. Seuraavaksi käydään läpi yhteenveto kappaleessa 4 tutkituista pysäköintitasojen rakenteellisista riskeistä. Tämän jälkeen käydään läpi yhteenvetona kappaleessa 5 tutkittuja rakenteellisia korjaustapoja, jotka soveltuvat ainakin tietyissä tapauksissa pysäköintitasojen rakenteelliseen vahvistamiseen. Lopuksi esitetään suosituksia, miten tämän työn tutkimusaihetta voisi lähteä tutkimaan laajemmin. 6.1 Tämän työn tiedossa olevat puutteet Käydään tässä kappaleessa läpi asiat, jotka tiedetään tässä työssä puutteellisesti käsitellyiksi. Puutteet liittyvät tutkimusmenetelmiin, tarkastelematta jätettyihin asioihin sekä laskennassa tehtyihin oletuksiin ja yksinkertaistuksiin. Käsitellään aluksi yleiset puutteet kappaleen 3 rakenneselvityksessä ja kappaleen 4 riskien analysoinnissa sekä kappaleen 5 korjausratkaisujen analysoinnissa. Tämän jälkeen käydään yksityiskohtaisemmin läpi, millaisia yksinkertaistuksia ja oletuksia kunkin eri rakenneosan ja vahvistamistavan laskennassa on tehty Puutteet rakenneselvityksessä ja riskien analysoinnissa Rakenneselvitys 1990-luvulla tehtyjen pysäköintirakennusten rakenteista on tehty pääosin kirjallisuusselvityksenä tutkimalla vanhoja suunnitteluohjeita ja tekemällä niiden pohjalta omia päätelmiä. Toteutuneita kohteita tutkittiin tarkemmin vain hyvin rajoitettu määrä, joten tämän pohjalta rakenneselvityksen tulosten yleispätevyydestä ei voida olla varmoja. Erityisesti jälkijännitettyjen paikallavalettujen pysäköintirakennusten rakenteista oli vaikea keksiä yleispätevää sääntöä menetelmän joustavuuden takia. Joitain rakenteiden yksityiskohtia, kuten palkkien ja pilareiden raudoituksia tai kuorilaattojen ansaita, ei edes yritetty tutkia tarkasti. Rakenteiden erikoiskohdista, kuten liikuntasaumarakenteista, esiteltiin vain muutamia esimerkkiratkaisuja. Riskien laskennallista analysointia ei tehty yleispätevästi kaikille pysäköintitasoille vaan tyydyttiin tutkimaan muutamaa rakenneselvityksen perusteella tyypilliseksi arvioi-

137 119 tua rakennetta ja niiden varmuutta. Ontelo- ja kuorilaattarakenteisilla pysäköintirakennuksilla tutkittiin vain tason laattarakenteen kestävyyttä eikä tukevia palkkeja ja pilareita. TT-laattarakenteisia pysäköintirakennuksia ei tutkittu ollenkaan laskennallisesti. Jälkijännitetyssä paikallavaletussa pysäköintirakennuksissa tutkittiin taas vain palkkikaistan kestävyyttä. Palkkikaistojen raudoitus- ja punosmäärät sekä jännevälien määrä vaihtelevat paljon, joten tuloksista ei voi tehdä laajoja päätelmiä. Muita pysäköintirakennusten riskejä tutkittiin lähinnä kirjallisuustutkimuksena eikä ongelmien esiintymislaajuutta tai todellisia kohteita, joissa ongelmia on esiintynyt, tutkittu. Pitkäaikaiskestävyyttä arvioidessa vertailtiin 1990-luvun ja nykyisen ohjeistuksen eroja ja oletettiin, että nykyisellä ohjeistuksella saadaan tehtyä pitkäaikaiskestävyydeltään toimivia rakenteita. Todellisia kuntotutkimustuloksia esimerkiksi kloridien tai karbonatisoitumisen etenemisestä pysäköintirakennuksissa ei tutkittu Puutteet korjausratkaisujen analysoinnissa Korjausratkaisuissa tutkittiin laskennallisesti vain kuori- ja ontelolaattarakenteisen pysäköintitason varsinaisen laattarakenteen vahvistamista. Vaikka laattarakenne saataisiinkin kestämään, tukevien palkkien tai pilarien kapasiteetti voi ylittyä. Pintavalun tekemistä vedenpitäväksi tutkittiin lyhyesti kirjallisuustutkimuksena, mutta menetelmien toimivuutta ja hyödyllisyyttä juuri pysäköintitasoissa ei tutkittu tarkemmin. Vahvistamisratkaisujen tutkinnassa keskityttiin vain kahden esimerkkirakenteen tutkimiseen, millä osoitettiin menetelmän sopivan ainakin yhdenlaiseen kohteeseen. Kohteen kunto vahvistamishetkellä riippuu rakenteesta ja tilanteesta. Laskennan lähtötietoja varten rakenteen kunto oletettiin tietynlaiseksi sen sijaan, että arvioitaisiin tarkemmin esimerkiksi todellisten kohteiden perusteella, millaisessa kunnossa rakenne voisi olla tyypillisesti. Laskentatapoja sinänsä voidaan soveltaa myös erilaisilla lähtötiedoilla. Korjausratkaisujen detaljitason suunnittelua, kuten teräsrakenteiden mitoitusta, jänneankkureiden kiinnitystä vanhaan rakenteeseen ja palomitoitusta, ei tutkittu. Arvioitiin vain, että ratkaisuperiaate on mahdollista saavuttaa jollain tarkemmalla suunnitteluratkaisulla. Korjausratkaisujen kustannuksia ja työtekniikkaa ei tutkittu tarkemmin Kuorilaatan laskennan puutteet Kuorilaatan laskennassa on tehty seuraavat yksinkertaistukset ja oletukset: Pintavalun ja kuorilaatan kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamat jännitykset on jätetty huomioimatta. Jännityshäviöitä ei ole laskettu, vaan ne on arvioitu tuotestandardista. Tartuntajänteen ankkuroitumispituutta ei ole laskettu, vaan on käytetty arviota punoksen halkaisijan perusteella. Viruman laskennassa tarvittavat tiedot eli kuorilaatan asennusajankohta laukaisusta ja betonin lujuus kyseisenä hetkenä on arvioitu. Koska rakenneselvityksessä ei löytynyt tietoa kuorilaattojen ansasmääristä ja sijoittelusta tai pintavalun ja elementin välisen sauman karheudesta, laskelmissa

138 120 oletettiin kuorilaatan ansasmäärä ja karheus. Ansaat oletettiin tasan jakautuneeksi koko kuorilaatalle. Tämä oletus oli huono, koska tulokseksi saatiin, että elementtisauma rikkoutuisi ennen taivutusmurtoa, mikä todennäköisesti ei pidä paikkaansa. Todellisuudessa ansaita on sijoitettu enemmän jännevälin reunoille, joissa leikkausvoima on suurempi eli sauman leikkausjännitys on suurempi, ja määrää on vähennetty jänteen keskelle mentäessä Ontelolaatan laskennan puutteet Ontelolaatan laskennassa on tehty seuraavat yksinkertaistukset ja oletukset: Pintavalun ja ontelolaatan kutistuma- ja virumaerojen aiheuttamat jännitykset on jätetty huomioimatta pintavalullisissa ontelolaattarakenteissa. Jännityshäviöitä ei ole laskettu, vaan on valittu tyypillinen karkea arvo. Tartuntajänteen ankkuroitumispituutta ei ole laskettu, vaan on käytetty arviota punoksen halkaisijan perusteella. Viruman laskennassa ontelolaatan asennusajankohta arvioitiin 28 vuorokauden päähän valusta, mikä on todennäköisesti pidempi aika kuin tavallisesti käytetty. Ontelolaatan leikkaus-vetokestävyyttä laskettaessa taipuvan tuen heikentävää vaikutusta ei huomioitu. Käsin tehtävän laskennan helpottamiseksi laskelmissa käytettävää ontelolaatan poikkileikkausta yksinkertaistettiin siten, että onteloista tehtiin suorakulmion muotoisia pitämällä uumien leveydet, ylälaipan minimipaksuus ja betonin pintaala samana. Tällöin alalaipasta tuli laskennallisesti paksumpi, mikä muutti hieman muun muassa taivutusvastuksen W ja neliömomentin I arvoja Jälkijännitetyn palkkikaistan laskennan puutteet Jälkijännitetyn paikallavaletun palkkikaistan laskennassa on tehty seuraavat yksinkertaistukset ja oletukset: Jännityshäviöitä ei ole laskettu, vaan karkea arvo on valittu kahden kirjallisuudessa esitetyn laskentaesimerkin pohjalta. Taipumaa ei ole laskettu, vaan on oletettu, ettei se ole merkittävä, kunhan rakenne ei halkeile ja tehollinen korkeus on vähintään ohjeiden mukainen. Halkeamaleveyksiä käyttörajatilassa ei ole laskettu, vaikka halkeamaleveyden rajoittaminen voi olla olennainen tekijä palkkikaistan suunnittelussa. Poikkileikkaukseen mukaan otetun laattaosan toimivana leveytenä on käytetty vakioarvoa koko matkalla, vaikka leveys on periaatteessa keskituen alueella eri kuin jänteellä. Laattaosan ja palkkivahvennoksen välisen sauman leikkauskestävyyttä ei ole laskettu. Ohjausvoiman määrityksessä punoskulku on yksinkertaistettu kahdeksi paraabeliksi kaksiaukkoisella palkilla.

139 Ulkopuolisella jänteellä vahvistamisen laskennan puutteet Ulkopuolisella jänteellä tehtävän vahvistamisen laskennassa on tehty seuraavat yksinkertaistukset ja oletukset: Ulkopuolisen jänteen ankkurointialueen betonin kestävyyttä paikalliselle puristukselle ei laskettu, vaan oletettiin, että tämä kestävyys ei ole jännevoimaa rajaava arvo ja paikallinen puristus voidaan huomioida detaljisuunnittelussa. Otaksuttiin, että betonin kaikki laskennallisesti olennainen viruma ja kutistuminen on ehtinyt tapahtua ennen vahvistamista. Tämä vaikutti taipuman ja erityisesti jännityshäviöiden laskentaan. Hyötykuorman aiheuttama pysyvä taipuma ennen vahvistamista jätettiin huomioimatta. Riippuen rakenteen historiasta alapohja on saattanut joskus halkeilla. Ulkopuolinen jännittäminen sulkee halkeamat, mutta rakenteen taivutusvetokestävyys 1,7*f ctk ei palaudu. Laskenta, jossa alapintaan sallittiin vetoa, tehtiin sillä oletuksella, että halkeilu alkaa vasta tässä arvossa, vaikka todellisuudessa alapinta voi halkeilla heti, kun alapintaan tulee vetojännitystä. Punoksen materiaalimallina käytettiin kolmea suoraosaa, joista viimeinen osa on vaakasuora myötörajasta f pyd eteenpäin (katso kuva 2.2). Ulkopuolisten jänteiden (punosten) venymät olivat taivutusmurrossa toimivaksi todetuissa ratkaisuissa välillä 41,3 133,5. Laskennassa oletettiin, että nämä arvot eivät ylitä vielä punoksen murtovenymää. by 27 -kirjan ohjetta siitä, että tartunnattomia jänteitä pitäisi olla yksi ylimääräinen toimivassa poikkileikkauksessa, ei noudatettu tai tutkittu, koska ulkopuolisten jänteiden kuntoa on helppo tarkkailla jälkikäteen. Vaikka kuorilaatalle tutkitussa ratkaisussa pintavalua joudutaan purkamaan ja valamaan uudestaan tukialueilla, oletettiin laskelmissa laatan olevan koko jänneväliltään samaa vanhaa rakennetta eikä kutistuma- tai virumaeroja täten huomioitu. Kuorilaatalla jätettiin laskematta pintavalun ja elementin välisen sauman kestävyys toisaalta alkuperäisessä laskennassa olevien lähtötietojen puutteiden takia (katso kappale 6.1.3) ja toisaalta, koska laskentaperiaate ei muutu alkuperäisestä muuten kuin kuorman määrityksen osalta. Ontelolaatalle tutkitussa ratkaisussa reunoilla olevan umpilaattaosan vaikutusta laatan kuormitukseen ja kuormien jakautumiseen ei huomioitu, koska sen merkitys on merkittävämpi tukeville rakenteille, kuten palkeille ja pilareille, kuin itse laatalle. Myöskään kutistuma- ja virumaeroja ei huomioitu. Varsinaiseen kuori- ja ontelolaatan laskentaan pätevät samat yksinkertaistukset kuin kappaleissa ja

140 Hiilikuituvahvistamisen laskennan puutteet Hiilikuituvahvistamisen laskennassa on tehty seuraavat yksinkertaistukset ja oletukset: Hiilikuitunauhojen vaikutus poikkileikkausarvoihin on jätetty huomioimatta. Punoksen venymä pysyvistä kuormista vahvistamisajankohtana on arvioitu melko karkealla laskentamenetelmällä. Laskennassa liimasauman leikkauskestävyys ylittyi paljon ennen taivutusmurtoa, vaikka vahvikkeiden asennusta suurimpien leikkausvoimien alueelle vältettiin. Liimasauman leikkauskestävyyden suurimpana sallittuna rajana käytettiin ohjeissa esitettyä 1,0 MPa:ta. Betonin vetolujuus rajoittaa sauman kestävyyttä, joten voi olla perusteltua käyttää myös betonin mitoitusvetolujuutta f ctd, joka tässä käytetyillä betonin lujuuksilla on suuruusluokkaa 2,0 2,3 MPa. Toisaalta tässä tutkittiin ehjän rakenteen vahvistamista, jolloin vahvistamisen jälkeen tuleva leikkausvoima ja täten sauman leikkausjännitys ovat suuria. Tilanne on liimasauman kestävyyden suhteen parempi todellisissa korjauskohteissa, kunhan tartunta betoniin on riittävä. Vahvistusalueen reunan taivutuskestävyyttä, joka on sama kuin alkuperäisen rakenteen taivutuskestävyys, ei ole tarkasteltu kuorman kasvaessa. Kuorilaatalla jätettiin laskematta pintavalun ja elementin välisen sauman kestävyys lähtötietojen puutteiden takia ja koska kestävyysarvot eivät muutu, kun poikkileikkausarvojen muutokset jätettiin huomioimatta. Varsinaiseen kuori- ja ontelolaatan laskentaan pätevät samat yksinkertaistukset kuin kappaleissa ja Vanhojen pysäköintirakennusten riskien arviointi Tässä kappaleessa käydään läpi yhteenvetona kappaleesta 4 saadut tutkimustulokset pysäköintirakennusten riskeistä. Pelkästään kirjallisuusselvityksenä tehtyjä asioita, joista tässä työssä ei ole tehty omaa tutkimusta tai tarkempaa pohdintaa, ei käsitellä tässä yhteenvedossa. Käydään läpi omissa kappaleissaan yhteenveto tutkittujen kuori- ja ontelolaattojen sekä jälkijännitetyn paikallavaletun palkkikaistan laskelmien lopputuloksista ja niiden varmuustasoista. Lopuksi käsitellään yhteenveto ympäristörasitusten aiheuttamista riskeistä 1990-luvun ohjeiden mukaan rakennetuilla pysäköintirakennuksilla. Tulosten helpompaa tarkastelua varten Excelillä tehtyjen laskelmien tulokset on esitetty graafisessa muodossa liitteessä Kuorilaattarakenteisten pysäköintitasojen varmuustaso Kuorilaattarakenteisista pysäköintitasoista tutkittiin KL120/200-12X -laatta 5000 mm:n jännevälillä ja KL120/ laatta 7500 mm:n jännevälillä. Luku viimeisen viivan jälkeen tarkoittaa punosmäärää. Punoshalkaisija on tavallisesti 12,5 mm; merkintä X tarkoittaa punoshalkaisijaa 9,3 mm.

141 123 Kappaleessa käsitelty KL120/200 täyttää murto- ja käyttörajatilan mitoituskriteerit noin 17 kn/m 2 pintakuorman arvoon asti, jos pintavalun ja elementin välinen leikkauskestävyys ei ole todellisuudessa mitoittava tekijä. Tämä on moninkertaisesti suurempi tason suunnittelukuormaan 2,5 kn/m 2 verrattuna, joten pysäköintitason kestävyyttä rajaa todennäköisesti palkkien tai pilareiden kestävyys. Käyttörajatila (alapinnan halkeilu) ja murtorajatila (taivutusmurto) ovat likimain yhtä määrääviä. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä KL120/200:lla punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 17,61, jolloin punos selvästi myötää. Halkeaman ominaisleveydeksi saatiin 3,87 mm ja rakenteen taipumaksi noin 15,8 mm. Tämän perusteella rakenteen murtotapaa voidaan pitää sitkeänä ja KL120/200-12X - laatta on toimiva ja varma ratkaisu 5000 mm:n jännevälillä. Kappaleessa käsitelty KL120/220 täyttää käyttörajatilan mitoituskriteerit (taipuma) noin 7,4 kn/m 2 pintakuorman arvoon asti. Murtorajatilan mitoituskriteerit (taivutusmurto) tulevat vastaan noin 17,2 kn/m 2 pintakuorman arvolla, jos pintavalun ja elementin välinen leikkauskestävyys ei ole todellisuudessa mitoittava tekijä. Käyttörajatila (taipuma) on siis selvästi murtorajatilaa määräävämpi. Kuorilaatta siis kestää tason suunnittelukuorman 2,5 kn/m 2 lähes kolminkertaisena. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä KL120/220:lla punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 8,19, jolloin punos on venymärajojen 1 ja 2 välillä. Halkeaman ominaisleveydeksi saatiin 0,59 mm ja rakenteen taipumaksi noin 70,8 mm. Rakenteen murtotapa on tulkinnasta riippuen sitkeä, mutta ei läheskään yhtä selvästi kuin KL120/200. Toisaalta pidemmän jännevälin takia taipuma on jo huomattavan suuruinen, kun taivutusmurto tapahtuu. Tämän perusteella KL120/ laatta on toimiva ratkaisu 7500 mm:n jännevälillä, mutta tämä jänneväli on selvästi kauempana näiden kuorilaattojen optimijännevälistä, koska taipuma kasvaa huomattavasti Ontelolaattarakenteisten pysäköintitasojen varmuustaso Ontelolaattarakenteisista pysäköintitasoista tutkittiin jännevälillä mm OL laatta, jossa on 80 mm:n pintavalu, ja jännevälillä mm OL laatta, jonka pintarakenteena on vesieristys ja asfaltti. Pintavalullinen ontelolaatta tutkittiin pintavalun liittorakennevaikutus huomioiden ja ilman. Kun liittovaikutus huomioidaan, kappaleessa käsitelty OL täyttää murto- ja käyttörajatilan mitoituskriteerit noin 5,0 kn/m 2 pintakuorman arvoon asti. Tämä arvo on kaksinkertainen tason suunnittelukuormaan 2,5 kn/m 2 verrattuna. Käyttörajatila (alapinnan halkeilu) ja murtorajatila (taivutusmurto) ovat likimain yhtä määrääviä. Jos liittovaikutusta ei huomioida, murtorajatila rajaa pintakuorman arvoon 3,0 kn/m 2. Liittovaikutus kannattaa siis huomioida laskelmissa, koska tässä tapauksessa se antaa noin 66,7 % lisää kapasiteettia. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä OL400+80:lla punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 20,50, jolloin punos selvästi myötää. Halkeaman ominaisleveydeksi saatiin 4,40 mm ja rakenteen taipumaksi noin 75,4 mm.

142 124 Tämän perusteella rakenteen murtotapaa voidaan pitää sitkeänä ja OL laatta 80 mm:n pintavalulla on toimiva ratkaisu noin mm:n jännevälillä. Kappaleessa käsitelty OL500 täyttää murto- ja käyttörajatilan mitoituskriteerit noin 6,0 kn/m 2 pintakuorman arvoon asti. Käyttörajatila (alapinnan halkeilu) ja murtorajatila (taivutusmurto) ovat likimain yhtä määrääviä. Ontelolaatta siis kestää tason suunnittelukuorman 2,5 kn/m 2 yli kaksinkertaisesti. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä OL500:lla punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 35,48, jolloin punos selvästi myötää. Halkeaman ominaisleveydeksi saatiin 8,66 mm ja rakenteen taipumaksi noin 55,9 mm. Tämän perusteella rakenteen murtotapaa voidaan pitää sitkeänä ja OL laatta on toimiva ratkaisu noin mm:n jännevälillä Jälkijännitetyn paikallavaletun pysäköintitason palkkikaistan varmuustaso Kappaleessa 4.2 tutkittiin yhtä paikallavaletun rasvapunoksilla jälkijännitetyn pysäköintitason palkkikaistaa. Palkkikaistan olennaisimmat perustiedot olivat: Palkki on kaksiaukkoinen ja sen jännevälit ovat mm mm. Palkkivahvennoksen mitat ovat HxB = 750x600 mm 2 k8500 (korkeus laatan YP:hen). Laatan paksuus on 180 mm. Jännepunoksia on 20 kappaletta ja niiden halkaisija on 15,7 mm. Punoskulku arvioitiin piirustuksista mittaamalla ja yksinkertaistamalla tuilta punosten pyöristykset pois. Alin kohta on 85 mm palkin alapinnasta ja ylin n. 110 mm laatan yläpinnasta. Alapinnassa on betoniteräkset 8T20 jänteiden keskellä ja 6T20 keskituen alueella. Keskituella yläpinnassa on 8T20. Haat ovat leikkausvoiman kannalta kriittisissä pisteissä T8-k250 (4-leikkeiset). Jännitysvoima punosta kohti on 185 kn (pysyvä, heti jännityksen jälkeen), hetkellisesti 193 kn. Alapinta alkoi halkeilla kentässä jo pintakuorman arvolla 2,15 kn/m 2. Tämä on OK, vaikka tason suunnittelukuorma on 2,5 kn/m 2, jos tartunnallinen raudoitus on mitoitettu siten, että se rajoittaa halkeamaleveydet riittävän pieneksi. Tässä työssä ei tehty halkeamaleveyksien laskentaa käyttörajatilassa. Taipumaa ei laskettu, koska sen ei oletettu olevan yhtä merkittävä kuin halkeilun. Murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu tuella pintakuorman arvolla 2,79 kn/m 2. Laatan ja sen palkkikaistojen on täytettävä mitoituskriteerit, vaikka yksi punos vaurioituisikin. Kun punosmääräksi muutettiin 19, tuella tapahtuu murtorajatilan mukainen taivutusmurto pintakuormalla 2,57 kn/m 2. Kriteeri siis täyttyy, jos palkkikaistan alapinnan halkeamaleveydet saadaan rajattua betoniterästen avulla riittävän pieniksi. Jos punosmäärä vähenee vielä yhdellä, murtorajatilassa tapahtuu taivutusmurto ennen kuin tason suunnittelukuorma saavutetaan. Tutkittava palkkikaista siis täyttää sille asetetut mitoituskriteerit, mutta sillä ei ole merkittävästi ylimääräistä varmuutta.

143 Ympäristörasitusten aiheuttamat riskit Kappaleessa 4.3 tehdyn analyysin perusteella 1990-luvun ohjeistus on huomioinut kylmien pysäköintirakennusten ympäristörasitukset melko varmasti nykyisiin rasitusluokkiin ja niiden sovellusohjeisiin verrattuna. Suurin ero on siinä, että uusi ohjeistus on paljon tarkempi ympäristörasitusten tyypin ja niiden vaikutuskohtien suhteen. Mahdollisesti nykyrakenteita riskialttiimpia kohtia ovat jotkin voimakkaasti kloridirasitettujen tasojen yläpinnat, koska nykyohjeistus ohjaa käyttämään noin 5 15 mm suurempia peitepaksuuksia kuin vanha. Toisaalta kulumisvaran takia peitepaksuus on voinut olla tasojen yläpinnassa joka tapauksessa kloridirasituksen asettamaa minimiarvoa suurempi. Epäselväksi jäi, onko vanhoja ohjeita soveltaessa sisääntuloramppien kohdalla huomioitu kloridirasitus riittävän hyvin. Vanhoissa ohjeissa esijännitetyt palkki- ja laattaelementit, joiden päällä on pintavalu, betonin vähimmäislujuudeksi on asetettu K50. Nykyisissä ohjeissa vähimmäislujuusvaatimus on K60. Tämän perusteella 1990-luvun pysäköintirakennukset vaikuttavat vain lievästi riskialttiimmilta pitkäaikaiskestävyytensä suhteen kuin nykyisten ohjeiden mukaan rakennetut. Jotta rakenteiden todellinen pitkäaikaiskestävyys voitaisiin varmistaa, tarvittaisiin tämän kirjallisuustutkimuksen rinnalle myös käytännön kuntotutkimuskohteita tai edes rakennepiirustusten laajempaa tutkimista todellisuudessa käytettyjen ympäristöluokkien selvittämiseksi. 6.3 Pysäköintitasoihin soveltuvia vahvistusratkaisuja Tässä kappaleessa esitellään kuori- ja ontelolaattarakenteisiin pysäköintitasoihin soveltuvia vahvistamisperiaatteita, jotka tässä työssä on osoitettu ainakin joissain tapauksissa toimiviksi. Vahvistaminen koskee pelkästään varsinaisen laattarakenteen vahvistamista, ei tukevien rakenteiden, kuten palkkien ja pilareiden, vahvistamista. Ensin käsitellään yhteenvetona ulkopuolisella jänteellä vahvistamisesta tehty tutkimus, kun kaikki vanhat punokset on oletettu toimimattomiksi. Seuraavaksi käsitellään yhteenvetona laataston hiilikuituvahventamista. Tulosten helpompaa tarkastelua varten Excelillä tehtyjen laskelmien tulokset on esitetty graafisessa muodossa liitteessä Ulkopuolisella jänteellä vahventaminen Kuorilaatan ja ontelolaatan vahvistamista ulkopuolisella jänteellä tutkittiin olettamalla kaikki vanhat punokset toimimattomiksi. Esimerkkirakenteina käytettiin jo aiemmin laskettuja laattoja (KL120/200 ja OL mm pintavalu). Punoskulun suhteen toimivia ratkaisuja löydettiin, kun jännevoiman arvo rajattiin normaalien jännitysrajojen mukaisesti siten, että jännityshäviöiden jälkeen yläpinnassa ei saa olla vetoa ja alapinnan jännitysraja on 1,7*f ctk. Vetojännityksen salliminen yläpinnassa lopputilanteessa antoi suurempia kapasiteettiarvoja, mutta ratkaisun arveltiin olevan huono rakenteen pitkäaikaiskestävyyden kannalta. Ankkurialueen betonin kestävyyttä paikalliselle puristukselle ei tarkistettu eikä teräsrakenteisten tunkkiosien detaljisuunnittelua tehty.

144 126 Kuorilaatalla tutkittiin kahta eri punoskulkuvaihtoehtoa, joissa käytettiin yhtä tai kahta tunkkiosaa. Näiden ratkaisujen perusperiaatteet on esitetty kuvissa 6.1 ja 6.2. Kuva 6.1. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, tunkkiosa keskellä. Kuva 6.2. Kuorilaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, kaksi tunkkiosaa. Käytettäessä keskellä yhtä korkeampaa tunkkiosaa (katso kuva 6.1) käyttörajatilan ja murtorajatilan mukaiset rajat tulevat vastaan pintakuorman arvon 11,6 kn/m 2 ylittyessä. Tämä on selvästi pienempi kuin alkuperäisellä kuorilaattarakenteella, mutta silti yli nelinkertainen tason suunnittelukuormaan nähden. Käyttörajatilassa rajoittavana tekijänä on alapinnan sallitun jännityksen ylitys, jolloin kuorilaatta viimeistään alkaa halkeilla alapinnastaan, ja murtorajatilassa taivutusmurto. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 133,51, jolloin punos selvästi myötää, eli ratkaisu on sitkeä. Kuvassa 6.2 esitetty kahden matalamman tunkkiosan käyttö voi olla perusteltua, jos vapaata kerroskorkeutta ei ole riittävästi tai se on työteknisesti helpompaa ja halvempaa. Tällä ratkaisulla käyttörajatila (alapinnan sallittu vetojännitys) tulee vastaan vasta pintakuorman arvolla 12,1 kn/m 2, mutta murtorajatilan mukainen taivutusmurto tapahtuu pintakuormalla 7,3 kn/m 2. Tämä on selvästi pienempi arvo kuin yhtä korkeampaa tunkkiosaa käytettäessä, mutta silti lähes kolminkertainen tason suunnittelukuormaan nähden. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 97,37, jolloin punos selvästi myötää, eli ratkaisu on sitkeä. Ontelolaatalla tutkittiin ratkaisua, jossa tunkkiosat on sijoitettu laatan kolmannespisteisiin. Ratkaisun periaate on esitetty kuvassa 6.3.

145 127 Kuva 6.3. Ontelolaatan vahvistaminen ulkopuolisella jänteellä, kaksi tunkkiosaa. Kun punoksia asennettiin yksi jokaiseen onteloon eli noin k275, käyttörajatila (alapinnan halkeilu) tuli vastaan pintakuormalla 6,25 kn/m 2 ja murtorajatila (taivutusmurto) kuormalla 5,61 kn/m 2. Tämä on yli kaksinkertainen tason suunnittelukuormaan nähden. Kuormien ja kestävyyksien ominaisarvoja käyttämällä punoksen kokonaisvenymäksi taivutusmurrossa saatiin noin 41,29, jolloin punos selvästi myötää, eli ratkaisu on sitkeä. Jos punoksia asennetaan yksi vain joka toiseen onteloon (k550), ontelolaatta ei täytä käyttö- tai murtorajatilan mitoituskriteerejä Hiilikuituvahventaminen Hiilikuituvahventamisella ei voida merkittävästi vaikuttaa pysäköintitasojen kuori- ja ontelolaattarakenteiden käyttörajatilan ja sallittujen jännitysten tarkasteluun, koska niiden vaikutus poikkileikkausarvoihin on pieni; suurimmillaan 6 %, mutta pääsääntöisesti vähemmän. Tämä osoitettiin liitteessä 16. Tosin, jos alapinnassa sallittaisiin halkeilua, hiilikuitunauhoilla voidaan pienentää halkeamaleveyksiä. Murtorajatilassa hiilikuituvahvikkeet kasvattavat laattojen leikkauskestävyyttä pääterästen tavoin, mutta toisaalta suurten leikkausvoimien alueella vahvikkeiden liimasauma on hankala saada kestämään niille tulevaa leikkausjännitystä. Hiilikuituvahventaminen vaikuttaa merkittävästi taivutuskestävyyteen, jota saadaan ohjeiden mukaan kasvattaa maksimissaan 50 % alkuperäisestä. Tutkitulla kuorilaatalla (KL120/200 jännevälillä 5000 mm) murtorajatilan mukaista taivutuskestävyyttä saatiin kasvatettua noin 50 % alkuperäisestä pintakuorman arvoon 27,2 kn/m 2 pitäen rakenne vielä juuri ja juuri sitkeänä tulkinnasta riippuen (punoksen kokonaisvenymä on noin 6,9 ), kun oletettiin, että kaikki vanhat punokset vielä toimivat rakenteessa. Jos toimivien punosten määrä on pienempi, sitkeys paranee, mutta kapasiteetti pienenee. Kuorilaatalla oli jo ennestään paljon ylimääräistä taivutuskapasiteettia. Toisaalta alkuperäisellä rakenteella käyttörajatila oli likimain yhtä määräävä kuin murtorajatila, joten vahventamisesta ei saada käytännön hyötyä ainakaan tässä tapauksessa. Kuorilaatalla ongelmaksi muodostui liimasauman kestävyys vahvistusalueen reunalla, kun keskimmäinen kolmannes jännevälistä vahvistettiin. Liimasauman jännitysraja 1,0 MPa ylittyi murtorajatilassa jo kuormalla 3,73 kn/m 2. Jotta hiilikuituvahventamisesta olisi hyötyä eli taivutuskapasiteetin lisäämiselle kuorilaatassa olisi tarvetta, pitäisi suuren osan punoksista syöpyä tai betonin laadun olla heikkoa. Tällöin hiilikuitunauho-

146 128 jen tartunta betoniin ei todennäköisesti riittäisi eli hiilikuituvahventaminen ei vaikuta hyvältä ratkaisulta kuorilaatan vahvistamiseksi. Jännevälillä 7500 mm käytetyllä KL120/220-laatalla käyttörajatila oli määräävämpi kuin KL120/200:lla, joten siihen hiilikuituvahventaminen sopii vieläkin huonommin. Ontelolaatalla tutkittiin tapausta, jossa vahvistuksen toimivana alueena on 5000 mm jänteen keskellä. Taivutuskestävyyttä vahvistusalueen reunalla ei tarkistettu, vaan sen oletettiin olevan riittävä. Periaate on esitetty kuvassa 6.4. Kuva 6.4. Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen, tutkittava ratkaisu. Kuvan 6.4 periaatteella vahvistetussa ontelolaatassa murtorajatilan mukaista taivutuskestävyyttä saatiin kasvatettua noin 50 % alkuperäisestä pintakuorman arvoon 10,2 kn/m 2 pitäen rakenne sitkeänä (punoksen kokonaisvenymä on noin 11,5 ), kun oletettiin, että kaikki vanhat punokset vielä toimivat rakenteessa. Jos toimivien punosten määrä on pienempi, sitkeys paranee, mutta kapasiteetti pienenee. Käyttöasteet murtorajatilassa leikkauskestävyyksien suhteen nousi yli 85 %:n kuormilla, joilla taivutusmurto saavutetaan. Leikkauskestävyyden merkitys siis kasvaa huomattavasti, kun ontelolaattaa hiilikuituvahvennetaan. Leikkausmurto ei saa tapahtua ennen taivutusmurtoa. Liimasauman jännitysraja 1,0 MPa ylittyi murtorajatilassa vahvistusalueen reunalla jo pintakuorman arvolla 4,1 kn/m 2. Toisaalta, jos liimasauman kestävyytenä voidaan käyttää betonin mitoitusvetolujuutta (yli 2 MPa tässä) ohjeiden jännitysrajan sijaan, voidaan rakenteesta saada toimiva. Alkuperäisellä rakenteella käyttörajatila oli likimain yhtä määräävä kuin murtorajatila, joten vahventamisesta ei rakenteen alkuperäisillä kriteereillä ole hyötyä. Toisaalta, jos halkeilua sallitaan alapinnassa ja halkeamien leveyksiä rajoitetaan, hiilikuituvahventamisesta saadaan todennäköisesti toimiva korjausratkaisu ontelolaatalle joissain tapauksissa. 6.4 Jatkotutkimussuositukset Tämän työn aihepiiri on laaja, joten siitä oli välttämätöntä karsia pois monia asioita, jotta työn laajuus saatiin pysymään diplomityön määritelmän mukaisena. Tämän työn pohjalta on kuitenkin hyvä alkaa tutkimaan sen osa-alueita tarkemmin ja perusteellisemmin. Tässä kappaleessa on lueteltu asioita ja yleisiä suuntia, joihin tätä tutkimusaihetta voisi lähteä laajentamaan. Rakenneselvitystä pitäisi laajentaa tutkimalla useampia toteutuneita kohteita rakennepiirustuksista, koska suunnitteluohjeiden pohjalta tässä tehdyt päätelmät ovat vain suuntaa-antavia. Pysäköintirakennustyyppien suhteellisista määristä ei löydetty paljoa-

147 kaan varmaa tietoa. Rakenteiden pitkäaikaiskestävyyttä pitäisi tutkia todellisten kohteiden ja niiden kuntotutkimusten avulla luvun alussa tehdyt pysäköintirakenteet saavuttavat kohta jo 25 vuoden iän, joten niiden pitkäaikaiskestävyyteen liittyviä puutteita on jo hyvin voinut ilmetä. Monia riskejä lueteltiin vain lyhyesti ilman tarkempaa tutkimista ja jokaista niitä ja niiden esiintymislaajuutta voi tutkia tarkemmin. Tässä työssä ei edes yritetty tehdä yleispäteviä sääntöjä pysäköintitasojen varmuustasoista, vaan laskettiin vain muutamia tyypilliseltä tuntuvia rakenteita. Useita rakenneosia ja tyyppejä, kuten palkit, pilarit ja TT-laatat, jätettiin myös laskematta kokonaan. Laskettavien asioiden määrää voitaisiin siis lisätä ja yrittää löytää joitain yleisemmin sopivia sääntöjä varmuustasoista. Rakenteiden laskennallista analysointia voidaan parantaa huomioimalla paremmin kappaleessa 6.1 mainitut laskennan puutteet. Pelkän laskennallisen tarkastelun lisäksi koekuormitusten avulla voisi tarkistaa laskelmien paikkansapitävyys ja siinä tehtyjen yksinkertaistusten merkitys. Korjausratkaisujen laskennassa kappaleessa 6.1 mainitut puutteet voisi huomioida paremmin. Betonin materiaaliominaisuudet arvioitiin alkuperäisen suunnittelun mukaiseksi; todellisuudessa lujuusarvot pitäisi selvittää kuntotutkimuksin tai käyttää varovaisempaa arviota lujuuksista. Korjausratkaisujen kustannusasioita tai työtekniikkaa ei tässä tutkittu ollenkaan, vaikka niillä on todellisissa projekteissa suuri merkitys. Pysäköintirakennuksissa toteutettuja korjauksia ei tämän työn puitteissa selvitetty. Ulkopuolista jännittämistä kannattaa tutkia tarkemmin, koska alustavasti se vaikuttaa varteenotettavalta ratkaisulta kuori- ja ontelolaattojen vahvistamiseksi. Tutkimus tehtiin vain yksittäiselle rakenteelle, joten tutkimusta voisi laajentaa yleisemmin erilaisille laattarakenteille ja kehittää karkeat säännöt punosmääristä alustavan suunnittelun avuksi. Ratkaisuperiaatteen detaljitason suunnittelu kannattaa käytännössä jättää yksittäisiin projekteihin lähtötietojen vaihtelun takia. Toisaalta jokin yleinen ohjeistus ankkurointikappaleen alle tulevien paikallisten puristusvoimien hallinnasta olisi hyvä tehdä. Hiilikuituvahventaminen vaikutti tämän tutkimuksen perusteella soveltuvan vain joihinkin ontelolaattarakenteisiin, joten aiheesta ei kannata tehdä tarkempaa tutkimusta. Menetelmä tosin voi olla toimiva yksittäisissä kohteissa. 129

148 130 LÄHTEET [1] Agarwal, B.D., Broutman, L.J. Analysis and Performance of Fiber Composites. 1990, John Wiley % Sons. Inc. s [2] Aho, O., Aho, T., Suikka, A., Hänninen, R., Söderlund, K. Paikoitustasojen suunnittelu- ja rakentamisohjeet. Betoni 2/96, s [3] Aho, T. Paikallavalettu jälkijännitetty pysäköintirakennus kestävä kivitalo paikallarakentaen. Helsinki 2005, Suomen Betonitieto Oy. 21 s. [4] Aho, T., Vuorinen, P. Elinkaarilaatua pysäköintilaitoksiin paikallavalaen ja jälkijännittäen. Betoni 3/2003, s [5] Airaksinen, Pekka. Suunnitteluinsinööri, Parma Oy. sähköpostikeskustelu [6] Alibaba.com Limited sivusto [viitattu ] [7] Betoninormikortti 13. Kuorilaattarakenteisen pysäköintitalon ympäristöluokitus säilyvyysohjeiden by 32 (1992) mukaan. Helsinki 1992, Suomen Betoniyhdistys r.y. 3 s. [8] Betoninormikortti 18. Palkkiin tuetun ontelolaataston suunnittelu. Helsinki 2005, Suomen Betoniyhdistys r.y. 32 s. [9] Betoninormikortti 24. Tartunnattomilla jänteillä jännitetty lievästi kloridirasitettu pysäköintitalo. Helsinki 1998, Suomen Betoniyhdistys r.y. 3 s. [10] Betonirakenteiden liimausvahventamisohjeet. Helsinki 2007, Tiehallinto. 41 s. [11] by 2 b. Käyttöseloste nro 363, Jänneteräksen käyttöseloste: 7-lankaiset, sileät, tartunnalliset tai tartunnattomat vähärelaksaatioiset jännepunokset Y1770S7-15,2-R1, Y1860S7-15,2-R1, Y1770S7-15,7-R1, Y1860S7-15,7-R1. Helsinki 2011, Suomen Betoniyhdistys r.y. 4 s. [12] by 3 b. Käyttöseloste n:o 97, Jännemenetelmän käyttöseloste: MK4 tartunnattomat jänteet. Helsinki 2012, Suomen Betoniyhdistys r.y. 12 s. [13] by 15 Betoninormit Helsinki 2000, Suomen Betoniyhdistys r.y. 200 s.

149 131 [14] by 27 Tartunnattomat jänteet betonirakenteissa, Suunnittelu- ja rakentamisohjeet sekä pilarilaataston mitoitusesimerkki Hämeenlinna 1988, Suomen Betoniyhdistys r.y. 33 s. [15] by 32 Betonirakenteiden säilyvyysohjeet ja käyttöikämitoitus. 2. painos. Helsinki 1992, Suomen Betoniyhdistys r.y. 66 s. [16] by 50 Betoninormit Helsinki 2012, Suomen Betoniyhdistys r.y. 251 s. [17] by 51 Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu Helsinki 2007, Suomen Betoniyhdistys r.y. 99 s. [18] by 58 Liittorakenteiden suunnittelu ja mitoitus. 1. painos. Helsinki 2012, Suomen Betoniyhdistys r.y. ja Teräsrakenneyhdistys r.y. 337 s. [19] by 210 Betonirakenteiden suunnittelu ja mitoitus Helsinki 2006, Suomen Betoniyhdistys r.y. 711 s. [20] Enviroseal 20 Tuote-esite. 2001, Betton Oy. 2 s. [viitattu ]. Saatavissa: [21] Expansion Joints in Post-Tensioned Parking Structures. 1981, The Aberdeen Group. [viitattu ]. Saatavissa: [22] Jänneteräs SFS Jännepunos. Helsinki 1987, Suomen standardisoimisliitto. 7 s. [23] Järvikuona, J. Pysäköintilaitoksen jälkijännitetyn välipohjan suunnittelu tartunnattomin jäntein. Diplomityö. Helsinki Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu, Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan tutkinto-ohjelma. 94 s. [24] Kestävä kivitalo. Helsinki 2006, Suomen Betonitieto Oy. 182 s. [25] Koskinen, H. Betonisiltojen hiilikuituvahventaminen. Diplomityö. Tampere Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetun ympäristön tiedekunta. 92 s. [26] Kuorilaattarakenne Suunnitteluohje. 1993, Partek Betonila. 31 s. [27] Käyttöselosteluettelo [viitattu ]. Saatavissa:

150 132 [28] Lin, T.Y., Burns, N.H. Design of prestressed concrete structures. 3. painos. New York U.S.A 1981, John Wiley & Sonc Inc. 646 s. [29] Lindberg, Ralf. RTEK-3230, Jännitetyt betonirakenteet. 2011, Tampereen teknillinen yliopisto. Luentomoniste. [30] Lohja-Pysäköintitalo Kuorilaattarakenne. 1989, Lohja Betonila Oy. 15 s. [31] Lohja TT- ja HTT-laatat kantava ratkaisu. 1990, Lohja Betonila. 17 s. [32] Luja-ontelolaatta, Luja-kuorilaatta -suunnitteluohje , Lujabetoni. [viitattu ]. Saatavissa: [33] Luja-pilarit -suunnitteluohje , Lujabetoni. [viitattu ]. Saatavissa: [34] Luja Super TT-, TT- ja HTT-laatat suunnitteluohje , Lujabetoni. [viitattu ]. Saatavissa: [35] Marttila, U. Jännitettyjen betonirakenteiden suunnittelu eurokoodien mukaan. Diplomityö. Tampere Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetun ympäristön tiedekunta. 176 s. [36] Matikainen, K. Paikallavaletun jälkijännitetyn pysäköintirakennuksen suunnittelu. Diplomityö. Tampere Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetun ympäristön tiedekunta. 93 s. [37] Paasikallio, K. et al. Jännebetonirakenteiden mekaniikka ja mitoitus, 1-luokan betonirakenteiden suunnittelija painos. 1989, Suomen betoniyhdistys r.y. 215 s. [38] Pajari, M., Häyrinen, P. Ontelolaattojen leikkausmitoitus matalan palkin varaan tuettuna Perusteellisen tutkimuksen tuloksena uusi mitoitusohje. Betoni 2/93, s [39] Parman kuorilaatastot Suunnitteluohje [viitattu ]. Saatavissa: [40] Parman ontelolaatastot Suunnitteluohje [viitattu ]. Saatavissa:

151 133 [41] Parman TT-, TEK-, KTT- ja HTT-laatat Suunnitteluohje [viitattu ]. Saatavissa: [42] Pekkala, V., Pahnila, Juha. Pysäköintilaitosten vauriot ja korjaaminen. Betoni 3/2003, s [43] Pentra-Sil 244+ Tuote-esite. 2007, Convergent Group S.A. 10 s. [viitattu ]. Saatavissa: [44] RIL Rakenteiden kuormitusohjeet. 2. painos. Helsinki 1990, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 171 s. [45] RIL Rakenteiden kuormitusohjeet. Helsinki 2002, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 205 s. [46] RIL Rakenteiden paloturvallisuus IV. Pysäköintilaitokset. Helsinki 1996, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 82 s. [47] RIL Rakenteiden paloturvallisuus. Pysäköintilaitokset. Helsinki 1999, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 101 s. [48] RIL Rakenteiden paloturvallisuus. Pysäköintilaitokset. Helsinki 2005, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 178 s. [49] RIL K Pysäköintilaitosten suunnittelu ja rakentaminen. Helsinki 1992, Suomen rakennusinsinöörien liitto RIL r.y. 159 s. [50] RT Betonielementtirunkorakenteet. 2004, Rakennusteollisuus RT r.y. 20 s. [51] RT Pysäköintilaitokset. 1994, Rakennusteollisuus RT r.y. 10 s. [52] RT Pysäköintilaitokset. 2010, Rakennusteollisuus RT r.y. 12 s. [53] Rämö, Juha. Diplomi-insinööri, suunnittelujohtaja, Parma Oy. sähköpostikeskustelu [54] Salparanta, L., Kuosa, H. Kloridien tunkeutumisen pienentäminen betoniin. Betoni 3/2008, s [55] SFS-EN A2. Betonivalmisosat. Kuorilaatat. Helsinki 2010, Suomen standardisoimisliitto. 80 s.

152 134 [56] SFS-EN Betonirakenteiden suojaus- ja korjausaineet ja niiden yhdistelmät. Määritelmät, vaatimukset, laadunvalvonta ja vaatimustenmukaisuuden arviointi. Osa 2: betonipinnan suojaus. Helsinki 2005, Suomen standardisoimisliitto. 40 s. [57] SFS-EN Eurokoodi 2: Betonirakenteiden suunnittelu. Osa 1-1: Yleiset säännöt ja rakennuksia koskevat säännöt. Helsinki 2005, Suomen standardisoimisliitto. 217 s. [58] SFS-EN A1 + A2. Betoni. Osa 1: määrittely, ominaisuudet, valmistus ja vaatimustenmukaisuus. Helsinki 2005, Suomen standardisoimisliitto. 68 s. [59] SFS NA EN Suomen kansallinen liite. Helsinki 2009, Ympäristöministeriö. 15 s. [60] Sika CarboDur -nauhat Hiilikuitunauhaan perustuva rakenteiden vahvennusmenetelmä, tuotetietoesite. 2009, Oy Sika Finland Ab. 7 s. [viitattu ]. Saatavissa: [61] Sikadur -30 Suoritustasoilmoitus. 2013, Oy Sika Finland Ab. 4 s. [viitattu ]. Saatavissa: [62] Siltojen erikoistarkastusten laatuvaatimukset Liikenneviraston ohjeita 1/2010. Helsinki 2010, Liikennevirasto. 20 s. [63] Siltojen korjausohjeet SILKO 1.251: Betonirakenteet, betonin suojaaminen. 1998, Tielaitos. 43 s. [64] Suomen Rakentamismääräyskokoelma osa E1 Rakennusten paloturvallisuus, määräykset ja ohjeet [65] Söderlund, K. BY 50 Betoninormit uudistuvat. Betoni 1/2004, s [66] Valmisosarakentaminen I osa C: Rakennussuunnittelu ja rakennejärjestelmät. Lahti 1995, RTT Rakennustuoteteollisuus. 92 s. [67] Valmisosarakentaminen II osa H: Perustus- ja runkorakenteet. Lahti 1995, RTT Rakennustuoteteollisuus. 168 s. [68] Valmisosarakentaminen II osa I: Liittorakenteet. Lahti 1995, RTT Rakennustuoteteollisuus. 91 s.

153 135 [69] Variax-ontelolaatat. 1990, Partek Betoniteollisuus. 20 s. [70] Vilonen, I. Betonirakenteiden vahventaminen jännittämällä. Lisensiaatintutkimus. Tampere Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetun ympäristön tiedekunta. 108 s. [71] Xypex Tuote-esite. Insinööritoimisto Sulin Oy. 4 s. [viitattu ]. Saatavissa:

154 136 LIITELUETTELO Liite 1: Liite 2: Liite 3: Liite 4A: Liite 4B: Liite 5: Liite 6A: Liite 6B: Liite 7: Liite 8A: Liite 8B: Liite 9A: Liite 9B: Liite 10: Liite 11A: Liite 11B: Liite 12: Liite 13: Liite 14A: Liite 14B: Liite 15: Liite 16: Liite 17: Liite 18: Liite 19: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita (11 s.) Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista (6 s.) Pysäköintirakennusten rasitusluokat taulukoita ja kuvia (4 s.) KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi (6 s.) KL120/200-laatan (L=5000) murtorajatila (4 s.) KL120/220-laatan (L=7500) laskennan kooste (1 s.) Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena (7 s.) Ontelolaatan h=400 murtorajatila liittorakenteena (4 s.) Ontelolaatan h=400 laskennan kooste ilman liittovaikutusta (1 s.) Ontelolaatan h=500 laskennallinen analysointi (5 s.) Ontelolaatan h=500 murtorajatila (3 s.) Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi (6 s.) Palkkivahvennoksen 750x600 murtorajatila (4 s.) Selostus Mathcadilla tehtävistä laskelmista (1 s.) Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Esimerkki 1, karakteristiset arvot (6 s.) Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Esimerkki 1, murtorajatila (3 s.) Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Esimerkki 1, pienempi jännevoima (2 s.) Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Esimerkki 2, laskennan kooste (1 s.) Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Maksimijännevoima, karakteristiset arvot (7 s.) Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Maksimijännevoima, murtorajatila (4 s.) Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä Pienempi jännevoima, laskennan kooste (1 s.) Poikkileikkausarvojen muutos hiilikuituvahventamisessa (3 s.) Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen (4 s.) Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen (5 s.) Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina (6 s.)

155 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 1/11 LIITE 1: TOTEUTUNEIDEN PYSÄKÖINTIRAKEN- NUSTEN RAKENTEITA Tässä selvityksessä on lueteltu Suomessa rakennettuja pysäköintirakennuksia ja niiden pääasiallisia runkorakenteita siinä laajuudessa kuin niitä kohtuullisella työmäärällä oli mahdollista selvittää. Pääpaino on 1990-luvun ja 2000-luvun alun rakennuksissa. Selvityksestä on jätetty tarkoituksella pois joitain kohteita, joissa on käytetty Suomessa epätyypillisiä rakenneratkaisuja. Selvitys on tehty kirjallisuusselvityksenä ja vanhoihin rakennepiirustuksiin perehtymällä. Vanhoja rakennepiirustuksia käytiin katsomassa Vantaan rakennusvalvonnassa ja käynnin muistiinpanojen pohjalta laadittiin tästä liitteestä löytyvä yhteenveto. Kirjallisuudessa esiteltyjä kohteita Kirjallisuusselvitystä varten käytiin läpi muun muassa vanhoja Betoni-lehtiä ja Paikallavalettu jälkijännitetty pysäköintirakennus -kirjassa esiteltyjä kohteita [1]. Valtaosa kirjallisuudessa esitellyistä kohteista on rakenteiltaan paikallavalettuja tartunnattomilla punoksilla jälkijännitettyjä, koska kyseinen rakennejärjestelmä pysäköintirakennuksissa on ollut 1990-luvulla uusi verrattuna tutumpaan elementtirakentamiseen. Esitellyt kohteet ovat yleisesti myös tavanomaista suurempia tai muuten erikoisia, johon paikallavalu sopii hyvin mittajoustavuuden takia. Ne ovat olleet myös houkuttelevia raportoinnin kohteita. Nokia Keilalahden pysäköintitalo, Espoo valmistunut 1996 puolikaaren muotoinen runko, 4 kerrosta jänneväli 16,5 m, runkosyvyys ilman ramppia 33 m; pilariväli ulkokaarteessa 7,8 m ja sisäkaarteessa 4,5 m pysäköintitasot ja rampit paikallavalettu; laatta jälkijännitetty ristiin laatan paksuus 150 mm; pilarilinjoilla kiilamaiset palkkivahvennokset, joiden leveys sisäkaarteessa 800 mm ja ulkokaarteessa 1200 mm; kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 550 mm; katso periaate kuvasta 1 pilareiden halkaisija 480 mm, paikallavalettuja (betoni K40, säänkestävä) jäykistys kehäjäykistyksellä laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys 2 3 vuorokautta valusta (32 MPa) [1, s. 18; 2]

156 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 2/11 Kuva 1. Nokia Keilalahden pysäköintitalon rakenteet, periaate [2]. Vuosaaren kauppakeskus (Columbus), Helsinki valmistunut 1996 pysäköintitilat rakennettu muun kiinteistön yhteyteen, pilarijako 15,6 m x 7,8 m välipohjan kansirakenteena ontelolaatat h=500 esijännitetyt jatkuvat leukapalkkielementit (betoni K80), palkin poikkileikkaus on esitetty kuvassa 2 kerroksen korkuiset pilarielementit, betoni K80 [3.] Kuva 2. Vuosaaren kauppakeskuksen esijännitetty leukapalkki [3]. Plevnan parkki, Tampere tehty vanhan rakennuksen tiloihin, jossa ulkoseinät ovat suojeltuja; 5 kerrosta valmistunut 1999 jänneväli 14,1 m; pilariväli 7,5 m pysäköintiruudun suunnassa pysäköintitasot ja rampit paikallavalettu; laatta jälkijännitetty ristiin

157 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 3/11 laatan paksuus 150 mm; pilarilinjoilla 1100 mm leveä palkkivahvennos, kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 450 mm pilarit 480x480 mm 2, paikallavalettuja (betoni K40, säänkestävä) jäykistys kehäjäykistyksellä laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys keskimäärin 3 vuorokautta valusta (32 MPa) [1, s. 19; 4] Ruohoparkki, Helsinki valmistunut kerrosta, joista 2 maan alla jänneväli 15,5 m; pilariväli 7,2 m pysäköintiruudun suunnassa pysäköintitasot ja rampit paikallavalettu; laatta jälkijännitetty ristiin laatan paksuus 150 mm; pilarilinjoilla 1000 mm leveä palkkivahvennos, kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 500 mm pilarit ja pääosa ulkoseinistä paikallavalua pilareiden halkaisijat mm; betoni K40, K60 ja K80 (säänkestävä) laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys 3 4 vuorokautta valusta (28 MPa) [1, s. 18] Herttoniemenrannan pohjoinen pysäköintilaitos, Helsinki 4 kerrosta, alin maanvarainen jänneväli 16,5 m; pilariväli pääosin 4,8 m pysäköintiruudun suunnassa, mutta ramppien kohdalla 7,2 m pysäköintitasot paikallavalettu; laatta jälkijännitetty ristiin laatan paksuus 150 mm; pilarilinjoilla 600 mm leveä palkkivahvennos, kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 600 mm rampit paikallavalua, paksuus 200 mm paikallavaletut pilarit reunalinjoilla 380x380 mm 2 mm 2 ; betoni K50, säänkestävä ja keskilinjoilla 580x380 laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys keskimäärin 3 vuorokautta valusta (32 MPa) [1, s. 19] Helsinki-Vantaan lentoaseman pysäköintilaitos P5, Vantaa valmistunut kerrosta, rungon keskellä oleva pyöreä ramppi ja rungon ulkoreunalla olevat pääosin elementtirakenteiset porrastornit on irrotettu paikallavalurungosta; katso taso- ja yleisleikkauspiirustukset kuvasta 3

158 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 4/11 jänneväli 15,8 m; pilariväli 5,0 m pysäköintiruudun suunnassa pysäköintitasot ja rampit paikallavalettu; laatta jälkijännitetty ristiin laatan paksuus 150 mm; pilarilinjoilla palkkivahvennos, kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 650 mm palkkikaistojen leveydet ovat pääosin 500 mm, muutamalla jänteellä 900 mm ja liikuntasaumakohdissa 1200 mm; jännepunosten kappalemäärät palkeissa on vastaavasti 9, 18 ja 20 kappaletta pilarit ja pääosa ulkoseinistä paikallavalua pilareiden halkaisijat 380 ja 480 mm; betoni K40, K60 ja K80 (säänkestävä) laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys n. 2 vuorokautta valusta (28 MPa); rampin betoni K35 rakennus on jäykistetty päätyihin ja rungon keskelle sijoitetuin paikallavaluseinin [1, s. 20, 5] Kuva 3. Helsinki-Vantaan lentoaseman pysäköintilaitos P5, taso ja yleisleikkauspiirustus [5].

159 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 5/11 KOY Koskenparkki, Tampere valmistunut 2004 jänneväli m (pilarit 0,5 1 m irti reunasta); pilariväli 7,5 m pituussuunnassa paikallavalettu rakenne; leveyssuunnassa jälkijännitetyt palkkikaistat, pituussuunnassa laatta jännitetty (liikuntasaumakohdassa laatta jännitetty myös leveyssuunnassa) ajoluiskat jälkijännitetty yhteen suuntaan kantavan yksiaukkoisena laattana laatan paksuus 160 mm; palkkikaistojen dimensiot HxB = 600x1000 mm 2 pilarit 380x380 mm 2 ; ajoväylän vapaa korkeus vähintään 2,4 m kehäjäykistys leveys- ja pituussuunnassa [6.] Kasarmiparkki, Helsinki valmistunut 2005 pääosin paikallavalettu; 3 kerrosta; tasot torikannen alla jänneväli m; pilariväli 5 m laatta jälkijännitetty ristiin, laatan paksuus 150 mm pysäköintitasoilla; pysäköintitasojen pilarilinjoilla 700 mm leveä palkkivahvennos, kokonaiskorkeus vahvennosten kohdalla 600 mm pilarit 380x x580 mm 2 ; betoni K60 (säänkestävä) laatan betoni K40 (säänkestävä); jälkijännitys 3 4 vuorokautta valusta (32 MPa) [1, s. 20] Rakennepiirustustarkastelu Vantaan rakennusvalvonnassa Vantaan rakennusvalvonnan arkistosta saatiin osoitteet kaikista Vantaan pysäköintitaloiksi merkityistä rakennuksista. Tämä listaus käsittää erilliset pysäköintirakennukset, mutta ei esimerkiksi kerrostalojen kellarikerrokseen tehtyjä pysäköintitiloja. Rakennusvalvonnasta saadusta taulukosta on kirjattu pysäköintitalojen osoitteet ja käyttöönottoajat taulukkoon L1.1. Tarkastellut kohteet on lihavoitu. Joitain kohteita, joista rakennepiirustukset löytyivät, jätettiin tarkastelematta, koska niiden rakennejärjestelmä ei ollut tyypillisesti Suomessa käytetty tai rakennuksen muoto oli epätyypillinen (esimerkiksi ympyrä). Tutkittiin rakennuksia noin vuosilta. Vanhemmissa kohteissa, jotka olivat pääosin 1990-luvun alkupuolelta ja 1980-luvulta, rakennepiirustuksia ei oltu skannattu, joten niitä ei tarkasteltu. Rakennepiirustuksista tehdyt muistiinpanot on tehty Rakennukset on lajiteltu osoitteiden perusteella. Suluissa on merkitty rakennuksen käyttöönottovuosi.

160 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 6/11 Taulukko L1.1. Vantaan pysäköintitalot, lihavoidut kohteet on tutkittu tarkemmin. Osoite Osoite Käyttöönottopäivämäärä Käyttöönottopäivämäärä Myyrmäentie Metsolantie Ponikuja Pehtoorintie Norkkokuja Karhunkierros 2g Unikkotie 5b Hakasuonrinne 8b Liesikuja Laajaniityntie 1c Tuurakuja Äyritie 10a Kannuspolku Rosendalinkuja Kilterinrinne Kilterinkaari Kukinkuja Kilterinrinne Lentoasemantie Ulrikankuja Vuollemutka Urheilutie 10c Kaviokuja Vernissakatu Jaakonkatu Karsikkokuja Parkkitie Kierretie Viikinkikuja Kivivuorentie Iskoskuja Tikkurilantie Karhunkierros 1d Minttutie Vantaanportinkatu Arinatie Orvokkikuja Äyritie Lentäjäntie Leinikkitie 13a Äyritie 12d Puunhaltijankuja 3b Tädyketie Männistönpolku Vanha Nurmijärventie Lummekuja Urpiaisentie Ratakuja Apajakuja Rakennepiirustuksista pyrittiin selvittämään olennaisempien runkorakenteiden tyyppejä, dimensioita ja jännevälejä. Punosmääriä ja jännitystyöhön liittyviä tietoja pyrittiin myös selvittämään laatoilla ja palkeilla. Rakenteiden muuta raudoitusta ei tutkittu tarkemmin. Suuremmissa kohteissa on tarkasteltu vain rakennuksen yhtä osaa tai kerrosta: esimerkiksi pilareista on usein merkitty vain yhden kerroksen pilareiden tiedot. Joitain tietoja on jätetty selvittämättä, jos asiaa ei ole voinut skannatuista piirustuksissa selvittää tai työmäärä olisi tiedon oleellisuuteen nähden ollut liian suuri. Suorakaidepoikkileikkaukset on merkitty muodossa HxB (korkeus x leveys). Leukapalkit on merkitty muodossa HxB w TxB (kokonaiskorkeus x uuman leveys leuan korkeus x kokonaisleveys). Tiedoissa ei ole kirjattu kaikkia rakennetyypille itsestään selviä piirteitä. Esimerkiksi paikallavaletussa jälkijännitetyssä laatassa punokset ovat rasvapunoksia ellei toisin ole mainittu. Kukinkuja 6 (1991, ~1974*) * Rakennettu alun perin noin yhtä tasoa on korjattu jälkijännittämällä. Tässä on käsitelty alkuperäinen 1974-vuoden mukainen rakenne. paikallavalettu, jännittämätön pilarilaatasto; pintakuorma 2,5 kn/m 2

161 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 7/11 rakennuksen leveys noin 17 m + 17 m, keskellä palkkilinja; pilarijako k7400 pituussuunnassa; leveyssuunnassa pilareiden sijainnit palkkilinjalta seinälle, kun 0 on palkkilinja: 0, 5000 mm, mm, mm (seinästä irti 750 mm) teräsbetonilaatan paksuus 300 mm keskellä oleva teräsbetonipalkki 1100x500, kannattelee eri koroissa olevia tasoja molemmin puolin pilarit D500; jäykistäviä 150 mm paksuja seiniä palkkilinjalta pilareille päin Kaviokuja 3 (1991) elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 3,0 kn/m 2, pistekuorma 20 kn pilariruutu 4800/17110, kokonaisleveys 2x17110 kuorilaatat KL70/180 jännebetonipalkit keskellä 680x380 (alimmainen puolikas 480 mm leveä; Lohja- Pysäköintitalon detaljia vastaava) ja reunoilla 680x280 (suorakaide) pilarit 380x380 ja 280x380; betoni K40-1 Jaakonkatu 1 (1991) elementtirakenteinen, ontelolaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 7200/17000, kokonaisleveys 3x17000 ontelolaatat 400 mm + pintavalu 50/60 mm riippuen kohdasta, ylätasolla 80 mm jälkijännitetty pintavalu; betoni K60-1 ontelolaatoissa, K35-1 jälkijännitetyssä pintabetonissa, muissa pintavaluissa muovibetoni 60 mm ja 80 mm pintavalulla ontelolaatassa (V4-13) 13 kpl 12,5 mm punosta (St 1570/1770) esijännitetyt leukapalkit, poikkileikkaus yhdellä yksipuoleisella palkilla esimerkiksi 730x x680; betoni K60-1 (A60, E2b) pilarit 480x480; betoni K40-1 (A60, Y2) Viikinkikuja 3 (1994) elementtirakenteinen, ontelolaatat; pintakuorma 5,0 kn/m 2 pilariruutu 7200/16760, kokonaisleveys 1x16760 ontelolaatat 420 mm* + raudoitettu pintabetoni 60 mm, joka on suunniteltu toimimaan liittorakenteena; betoni K60-1 ontelolaatoissa (laukaisussa K44), pintabetoni K40-2 ontelolaatassa 13 kpl 12,5 mm punosta (St 1570/1770), alkujännitys 1100 MPa kantavina palkkeina leukapalkkeja, joiden tarkemmat tiedot eivät selvinneet pilarit 400x400, betoni K40-2; kohteessa myös kantavia seiniä *420 mm ontelolaattaa ei löydy nykyisistä valikoimista eikä Partekin 1990-vuoden valikoimasta. Laatan paksuus oli kirjoitettu moneen kertaan, joten kyseessä ei liene kuitenkaan kirjoitusvirhe.

162 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 8/11 Karhunkierros 1d (1998) pääosin elementtirakenteinen, ontelolaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 hyötykuorma + 1,0 kn/m 2 omapaino pilariruutu 7200/17110, kokonaisleveys 2x17110 ontelolaatat 500 mm + vesieristys + asfaltti; betoni K60-1 ontelolaatassa 13 kpl 12,5 mm punosta (St 1570/1770), alkujännitys 1050 MPa esijännitetyt 1-aukkoiset leukapalkit, keskipalkki esimerkiksi 780x x780; betoni K60-1 (laukaisussa K40) leukapalkissa 12,5 mm punoksia 23/2 kappaletta ja alkujännitys 1320/1320 MPa (merkintä: alapinta/yläpinta); alapunosten resultantin sijainti noin 115 mm alareunasta pilarit 380x380; betoni K45-1; jäykistys pilareilla ja seinillä kohteessa on myös paikallavalettu ajoramppi, paksuus 200 mm Vantaanportinkatu 1 (1999) Kohteesta löytyy elementtirakenteisia ja paikallavalettuja pysäköintirakenteita. Käsitellään ensimmäisessä listassa elementtirakenteinen osa ja toisessa listassa paikallavalettu. elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 ja 5,0 kn/m 2 riippuen kerroksesta, tässä käsitelty 2,5 kn/m 2 tason rakenteita pilariruutu 5300/17000 kuorilaatat pääosin KL100/200 tai LL120/200, 7500 mm jännevälillä KL120/220; betoni K50-1 kuorilaatoissa ja K35-1 pintabetonissa kuorilaattojen punosmääriä (St 1570/1770) laattakoon mukaan: KL kpl 9,3 mm, LL tai 24 kpl 6,5 mm, KL tai 22 kpl 12,5 mm; alkujännitys 1200 MPa kaikissa 1-aukkoiset jännebetonipalkit pääosin 550x480 k5300; betoni K70-1 (A60, E2b), laukaisussa K40 piirustuksen mukaan, mutta voi olla virheellinen merkintä palkissa 12,5 mm punoksia (St 1630/1860) 26/4 kappaletta ja alkujännitys 1250/1250 MPa (merkintä: alapinta/yläpinta); alapunosten resultantin sijainti noin 84 mm alareunasta pilarit 580x480 Paikallavalettu osa: paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 5300/17000 jälkijännitetyn laatan paksuus pääosin 160 mm, paikoittain 200 mm; betoni K45-1 (R60, E2b), laukaisussa K32 laatassa punokset (St 1550/1770) 15,7 mm k710, jännitysvoima 200 kn/punos palkkikaistat 800x k5300, materiaalitiedot vastaavat kuin laatalla 800x600 palkkikaistalla punoksia 12 kpl, muut tiedot vastaavia kuin laatalla

163 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 9/11 pilarit D480; betoni K45-1 Orvokkikuja 10 (2000) paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 5000/16870, kokonaisleveys 1x16870 jälkijännitetyn laatan paksuus 150 mm; betoni K40-1 (Y1), laukaisussa K32 laatassa punokset (St 1550/1770) 15,7 mm k1000, jännitysvoima 196 kn/punos 1-aukkoiset palkkikaistat 600x700 k5000, materiaalitiedot vastaavat kuin laatalla palkkikaistalla punoksia 15 kpl, muut tiedot vastaavia kuin laatalla pilarit 380x380; betoni K40-1 Lentäjäntie 2 (2000) paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 5000/15800 jälkijännitetyn laatan paksuus 150 mm; betoni K40-1 (R60, E2b; E3b erikseen mainituilla alueilla), laukaisussa K28 laatassa punokset (St 1550/1770) 15,7 mm k900 palkkikaistat 650x480 k5000, materiaalitiedot vastaavat kuin laatalla palkkikaistalla punoksia 9 kpl, muut tiedot vastaavia kuin laatalla pilarit D480 ja D380; betoni K40-1 K80-1, jäykistävillä seinillä vastaavia lujuuksia Tädyketie 10 (2002) paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu /16810, kokonaisleveys 1x16810 jälkijännitetyn laatan paksuus 150 mm (5000 mm pilarijako) ja 160 mm (7500 mm pilarijako); betoni K40-1 (E2b), laukaisussa K mm laatassa laatassa punokset (St 1550/1770) 15,7 mm k750, jännitysvoima 200 kn/punos 1-aukkoiset palkkikaistat 600x900 k7500/5000, materiaalitiedot vastaavat kuin laatalla palkkikaistalla punoksia kpl (5000 mm pilarijako) ja kpl (7500 mm pilarijako), muut tiedot vastaavia kuin laatalla pilarit 380x380 ja 580x580; betoni K40-2 Vanha Nurmijärventie 21 (2002) elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 5000/16700, kokonaisleveys 2x16700 kuorilaatat LL120/200; betoni K50-1 kuorilaatoissa ja K40-1 pintabetonissa kuorilaatoissa punoksia (St 1570/1770) 9,3 mm 12 kpl, alkujännitys 1200 MPa

164 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 10/11 1-aukkoiset jännebetonipalkit pääosin 550x480 k5000; betoni K60-1 (A60, E2b), laukaisussa K38 palkissa 12,5 mm punoksia (St 1630/1860) 22/4 kappaletta ja alkujännitys 1320/1200 MPa (merkintä: alapinta/yläpinta); alapunosten resultantin sijainti noin 82 mm alareunasta Urpiaisentie 3 (2002) paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 moduuliverkko 5000/17100, kokonaisleveys 2x17100; pilarit moduuliverkosta irti keskellä 1000 mm molempiin suuntiin ja reunoilla 740 mm jälkijännitetyn laatan paksuus 150 mm; betoni K40-1 (E2b), laukaisussa K32 laatassa punokset (St 1550/1770) 15,7 mm k900, jännitysvoima 200 kn/punos palkkikaistat 680x k5000, materiaalitiedot vastaavat kuin laatalla palkkikaistalla punoksia 12 kpl, muut tiedot vastaavia kuin laatalla pilarit 380x380; betoni K50-1 Apajakuja 4 (2003) elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu ~5100/17000 kuorilaatat LL120/200; betoni K50-1 kuorilaatoissa ja K40-1 pintabetonissa kuorilaatoissa punoksia (St 1570/1770) 9,3 mm 12 kpl, alkujännitys 1200 MPa 1-aukkoiset jännebetonipalkit 550x480 k~5100; betoni K70-1 (R60, E2b), laukaisussa K50 palkissa 12,5 mm punoksia (St 1630/1860) 28/4 kappaletta ja alkujännitys 1320/1320 MPa (merkintä: alapinta/yläpinta); alapunosten resultantin sijainti noin 84 mm alareunasta pilarit 480x480; betoni K50-1 (E3b) Metsolantie 5 (2003) elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 pilariruutu 5000/17000 kuorilaatat KL120/ 200; betoni K40-1 pintabetonissa tarkempia tietoja kuorilaatan betonista ja punostuksesta ei ole saatavilla 1-aukkoiset jännebetonipalkit 550x480 k5000; betoni K80-1, laukaisussa K60 palkissa 12,9 mm punoksia (St 1630/1860) 24/4 kappaletta ja alkujännitys 1350/1350 MPa (merkintä: alapinta/yläpinta) pilarit 580x480 ja 480x480; betoni K40-1 Pehtoorintie 12 (2003) elementtirakenteinen, kuorilaatat; pintakuorma 5,0 kn/m 2

165 Liite 1: Toteutuneiden pysäköintirakennusten rakenteita 11/11 pilariruutu 5000/17000, kokonaisleveys 2x17000 kuorilaatat LL120/220 + vastakaadot mm; betoni K40-1 pintabetonissa tarkempia tietoja kuorilaatan betonista ja punostuksesta ei ole saatavilla 1-aukkoiset jännebetonipalkit 650x480 k5000; betoni K50-1 (E2b), laukaisussa K35 palkissa 12,5 mm punoksia (St 1560/1770) alapinnassa 32 ja yläpinnassa 6 kpl pilarit 580x580 ja 480x480; betoni K50-1 (E2b) Karhunkierros 2g (2003) paikallavalettu, jälkijännitetty laatta ja palkkikaistat; pintakuorma 2,5 kn/m 2 moduuliverkko 4800/17000, kokonaisleveys 2x17000; pilarit moduuliverkosta irti keskellä 940 mm molempiin suuntiin ja reunoilla 330 mm jälkijännitetyn laatan paksuus 150 mm; betoni K40-1 (E2b) laatan punokset k1000; muita punostustietoja ei saatavilla, mutta oletettavasti vastaavat kuin palkkikaistoilla palkkikaistat 600x600 k4800; betoni K40-1 (E2b), laukaisussa K32 tutkittavalla palkkikaistalla punoksia (St 1550/1770) 15,7 mm 22 kpl, jännitysvoima 200 kn/punos pilarit D380; betoni K50-1 LÄHTEET (Liite 1) [1] Aho, T. Paikallavalettu jälkijännitetty pysäköintirakennus kestävä kivitalo paikallarakentaen. Helsinki 2005, Suomen Betonitieto Oy. 21 s. [2] Aho, T. Nokia Keilalahden pysäköintitalo. Betoni 4/96, s [3] Ollila, M. Vuosaaren kauppakeskus. Betoni 1/97, s [4] Vuorinen, P. Historia ja nykyaika kohtaavat Plevnassa. Betoni 4/98, s [5] Vuorinen, P., Poikonen, J. Helsinki-Vantaan lentoaseman pysäköintilaitos P5. Betoni 2/2000, s [6] Matikainen, K. Paikallavaletun jälkijännitetyn pysäköintirakennuksen suunnittelu. Diplomityö. Tampere Tampereen teknillinen yliopisto, rakennetun ympäristön tiedekunta. 93 s.

166 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 1/6 LIITE 2: MÄÄRÄTIETOA ESPOON PYSÄKÖINTI- RAKENNUKSISTA Espoon kaupungilta saatiin pyynnöstä luettelo kaikista tietojärjestelmässä olevista rakennuksista, jotka on merkitty pysäköintitaloiksi. Listaus ei sisällä lainkaan muun kiinteistön yhteyteen tai kellariin sijoitettuja pysäköintirakennuksia, vaan pelkästään irralliset pysäköintitalot, joilla on oma rakennustunnus. Espoon Arska-palvelun ( [viitattu ]) avulla saadaan rakennustunnuksella kyseisen rakennuksen rakennus- ja huoneistorekisteriote. Otteesta selviää kantavien rakenteiden pääasiallinen materiaali (esimerkiksi betoni tai teräs) ja rakentamistapa (esimerkiksi elementti tai paikallavalettu). Pysäköintirakennukset ovat harvoin täysin paikallavalettuja tai täysin elementtirakenteisia; esimerkiksi elementtirakennuksissa rampit voivat olla paikallavalua, kun taas paikallavaletuissa julkisivut voivat olla elementtejä. Ei ole tarkalleen selvillä, mitä jakokriteeriä kyseisessä rekisteriotteessa on käytetty elementti- ja paikallavalurakentamisen suhteen. Tässä liitteessä on ensin yhteenveto lopputuloksena saaduista määrätiedoista. Tämän jälkeen on Espoon kaupungin antama taulukko, jonka pohjalta tutkimus tehtiin. Yhteenveto määrätiedoista Tutkimuksessa käytiin läpi Espoon tietojärjestelmästä löytyvät pysäköintitalot vuoteen 2005 asti. Valmistumivuodet on otettu rakennus- ja huoneistorekisteriotteesta. ennen 1990: elementti: 23 kpl paikallavalu: 7 kpl elementti: 13 kpl paikallavalu: 1 kpl elementti: 15 kpl paikallavalu: 3 kpl elementti: 19 kpl paikallavalu: 10 kpl Ennen 1990-lukua paikallavaletut pysäköintitalot ovat todennäköisesti olleet jännittämättömiä. Muun kiinteistön yhteyteen tehdyt pienimuotoisemmat pysäköintirakenteet,

167 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 2/6 joita tämä tarkastelu ei käsittele, ovat riippuneet paljon muun rakennuksen runkojärjestelmästä, joten elementtirakentaminen on ollut näissä todennäköisesti yleisempää kuin irrallisissa pysäköintitaloissa. Listaus Espoon pysäköintitaloista Taulukossa L2.1 on olennaiset tiedot Espoolta saadusta taulukosta valmistuneista pysäköintitaloista. Rakennuslupatunnus antaa suuntaa rakennuksen rakentamisajankohdasta; tarkka tieto valmistumisajasta löytyy Arska-palvelun rakennus- ja huoneistorekisteriotteesta. Taulukko L2.1. Espoon valmistuneet pysäköintitalot, joilla on oma rakennustunnus. Rakennustunnus Osoite Rakennuslupa Jämeräntaival 8a ESPOO Tietotie ESPOO Keilaniementie ESPOO Keilaranta ESPOO Keilaranta ESPOO Keilaranta ESPOO Vaisalantie ESPOO Keilalahdentie ESPOO Keilaniementie ESPOO Kauppamiehentie ESPOO Länsituulentie ESPOO Tuulikuja ESPOO Kaupinkalliontie ESPOO Luomankuja ESPOO Malmiportti ESPOO Niittymaantie ESPOO Valkjärventie ESPOO Sinimäentie ESPOO Piilipuuntie ESPOO Klariksentie ESPOO Klariksentie 3a ESPOO A C, C, B, B, B, C, A, , C, C, C, B, A, B, A A B, C, C, C, R, C, C, R, C, A, , , , C, R, A B

168 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 3/6 Rakennustunnus Osoite Rakennuslupa Klariksentie ESPOO Maakirjantie ESPOO Kuunsirppi ESPOO Kääntöpiiri ESPOO Kuunkierros ESPOO Maapallonkatu ESPOO Planeetankatu ESPOO Komeetankatu ESPOO Piispanportti ESPOO Joosepinkuja ESPOO Matinkatu ESPOO Kala-Matti ESPOO Kala-Maija ESPOO Tiistilänkuja ESPOO Kalastajanmäki ESPOO Kalastajanmäki ESPOO Kalaonnentie ESPOO Markkinakatu ESPOO Markkinakatu 6a ESPOO Nelikkokuja ESPOO Nelikkotie ESPOO Nelikkotie ESPOO Matinkallio ESPOO Matinniitynkuja ESPOO Matinniitynkuja ESPOO Matinniitty ESPOO Soukankaari ESPOO Alakartanontie ESPOO Alakartanontie ESPOO Meriusva ESPOO A C, C, C, A, A C, R, C, B, R, C, C, C, R, A, C, C, C, C, A A C, R, C, R, C, C, C, C, R, R, R, A, C, A, C, A A, A B, A A, A C, A B, R, A A A, , A A C, A C, A C, A

169 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 4/6 Rakennustunnus Osoite Rakennuslupa Merivirta 3b ESPOO Aallokko ESPOO Merivirta 10a ESPOO Aallokko ESPOO Jälkimaininki ESPOO Ristiaallokonkatu ESPOO Merivalkama ESPOO Tähystäjänkatu ESPOO Maakravunkuja ESPOO Lokirinne ESPOO Merikansantie ESPOO Amiraalin puistotie ESPOO Kirstinmäki ESPOO Suvelantie ESPOO Joupinmäenrinne ESPOO Sinettikuja ESPOO Kiltakallio ESPOO Kiltakuja ESPOO Kamreerintie ESPOO Kamreerintie ESPOO Asemakuja ESPOO Kannusillankatu ESPOO Espoonkatu 8a ESPOO Espoonkatu 9b ESPOO Tuomarilanportti ESPOO Kulovalkeantie ESPOO Kulovalkeankuja ESPOO Kulovalkeankuja ESPOO Kulovalkeantie ESPOO Itäviitta ESPOO Meriviitantie ESPOO C, C, C, A C, C, C, C, C, A C, C, A A A C, C, C, C, B, A A C, A A A A C, A A A R, B, R, A, R, D, C, C, B, C, B, C, C, R, C, A, , C, C, C, A C, A

170 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 5/6 Rakennustunnus Osoite Rakennuslupa Myötätuulenmäki ESPOO Vanha Saunalahdentie ESPOO Myötätuulenmäki ESPOO Satulamaakarintie ESPOO Hansatie ESPOO Tegelhagen ESPOO Lotankatu ESPOO Esikunnankatu ESPOO Kirjurinkuja ESPOO Komentajankatu ESPOO Perkkaankuja ESPOO Ajurinkatu ESPOO Hakkukuja ESPOO Vallikallionkuja ESPOO Porarinkatu ESPOO Porarinkatu ESPOO Ajurinkatu ESPOO Ruutikatu ESPOO Postipuunkuja ESPOO Lintuvaarantie ESPOO Konstaapelinkatu ESPOO Tulkinkuja ESPOO Nikkarinkuja ESPOO Harakantie ESPOO Adjutantinkatu ESPOO Ruusutorpanluola ESPOO Linnoitustie ESPOO Leppäviita ESPOO C, R, R, A C, A A A B, A C, A, C, A A, A C, A A C, A C, C, A R, R, B, C, B, R, R, C, A C, C, C, A C, C, A C, A , Veräjäkallionkatu ESPOO Yhdyskunnankuja ESPOO Lars Sonckin kaari ESPOO B, C, A R, C, A R, B, R, A

171 Liite 2: Määrätietoa Espoon pysäköintirakennuksista 6/6 Rakennustunnus Osoite Rakennuslupa Itsehallintotie ESPOO Vänrikinkuja ESPOO Ratsukatu ESPOO Hevosenkenkä ESPOO Sokerilinnantie ESPOO Linnatullinkatu ESPOO Kutojantie ESPOO Karaportti 3b ESPOO Karaportti ESPOO Karakaari ESPOO Kilonkuja ESPOO Trillakatu ESPOO Kilonpuisto ESPOO Ullantorppa ESPOO Ullantorppa ESPOO Lähderanta ESPOO Lähderanta ESPOO Haikaranportti ESPOO Turuntie ESPOO Sammalkallionkuja ESPOO Sokinvuorenkuja ESPOO A B, A B, C, A B, A , C, J, A A C, A A , , , A A

172 Liite 3: Pysäköintirakennusten rasitusluokat taulukoita ja kuvia 1/4 LIITE 3: PYSÄKÖINTIRAKENNUSTEN RASITUS- LUOKAT TAULUKOITA JA KUVIA Alla olevissa taulukoissa ja kuvissa on otteita by 51 Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu kirjasta [1]. Taulukoista selviää muun muassa pysäköintirakennusten eri osille suositellut betonin lujuusluokat, rakenneluokat, betonipeitteen nimellisarvot ja betonin vesi-sementtisuhteet. Kuvissa on havainnollistettu, mitä kohtia rakenneosien numeroinnilla tarkoitetaan. Taulukko L3.1. Pysäköintitalo, lämmin, paljon liikennettä [1, s. 61]. Kuva L3.1. Pysäköintitalo, lämmin, paljon liikennettä [1, s. 60].

173 Liite 3: Pysäköintirakennusten rasitusluokat taulukoita ja kuvia 2/4 Taulukko L3.2. Pysäköintitalo, kylmä, paljon liikennettä [1, s. 63]. Kuva L3.2. Pysäköintitalo, kylmä, paljon liikennettä [1, s. 62].

174 Liite 3: Pysäköintirakennusten rasitusluokat taulukoita ja kuvia 3/4 Taulukko L3.3. Pysäköintitalo, kylmä, vähän liikennettä [1, s. 65]. Kuva L3.3. Pysäköintitalo, kylmä, vähän liikennettä [1, s. 64].

175 Liite 3: Pysäköintirakennusten rasitusluokat taulukoita ja kuvia 4/4 Taulukko L3.4. Pysäköintitalo, lämmin, vähän liikennettä [1, s. 67]. Kuva L3.4. Pysäköintitalo, lämmin, vähän liikennettä [1, s. 66]. LÄHTEET (Liite 3) [1] by 51 Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelu Helsinki 2007, Suomen Betoniyhdistys r.y. 99 s.

176 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 1/6

177 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 2/6

178 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 3/6

179 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 4/6

180 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 5/6

181 Liite 4A: KL120/200-laatan (L=5000) laskennallinen analysointi 6/6

182 Liite 4B: KL120/200-laatan (L=5000) murtorajatila 1/4

183 Liite 4B: KL120/200-laatan (L=5000) murtorajatila 2/4

184 Liite 4B: KL120/200-laatan (L=5000) murtorajatila 3/4

185 Liite 4B: KL120/200-laatan (L=5000) murtorajatila 4/4

186 Liite 5: KL120/220-laatan (L=7500) laskennan kooste 1/1

187 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 1/7

188 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 2/7

189 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 3/7

190 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 4/7

191 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 5/7

192 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 6/7

193 Liite 6A: Ontelolaatan h=400 laskennallinen analysointi liittorakenteena 7/7

194 Liite 6B: Ontelolaatan h=400 murtorajatila liittorakenteena 1/4

195 Liite 6B: Ontelolaatan h=400 murtorajatila liittorakenteena 2/4

196 Liite 6B: Ontelolaatan h=400 murtorajatila liittorakenteena 3/4

197 Liite 6B: Ontelolaatan h=400 murtorajatila liittorakenteena 4/4

198 Liite 7: Ontelolaatan h=400 laskennan kooste ilman liittovaikutusta 1/1

199 Liite 8A: Ontelolaatan h=500 laskennallinen analysointi 1/4

200 Liite 8A: Ontelolaatan h=500 laskennallinen analysointi 2/4

201 Liite 8A: Ontelolaatan h=500 laskennallinen analysointi 3/4

202 Liite 8A: Ontelolaatan h=500 laskennallinen analysointi 4/4

203 Liite 8B: Ontelolaatan h=500 murtorajatila 1/3

204 Liite 8B: Ontelolaatan h=500 murtorajatila 2/3

205 Liite 8B: Ontelolaatan h=500 murtorajatila 3/3

206 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 1/6

207 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 2/6

208 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 3/6

209 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 4/6

210 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 5/6

211 Liite 9A: Palkkivahvennoksen 750x600 laskennallinen analysointi 6/6

212 Liite 9B: Palkkivahvennoksen 750x600 murtorajatila 1/4

213 Liite 9B: Palkkivahvennoksen 750x600 murtorajatila 2/4

214 Liite 9B: Palkkivahvennoksen 750x600 murtorajatila 3/4

215 Liite 9B: Palkkivahvennoksen 750x600 murtorajatila 4/4

216 Liite 10: Selostus Mathcadilla tehtävistä laskelmista 1/1 Liite 10: Selostus Mathcadilla tehtävistä laskelmista Käydään tässä läpi asioita, jotka on hyvä tietää Mathcadilla tehtävistä laskelmista ja merkinnöistä. Tämä tieto on olennainen tämän diplomityön Mathcad-laskelmia luettaessa. 1. Mathcad hallitsee valtaosan SI-järjestelmän perus- ja johdannaisyksiköistä sekä näiden monikertojen (kilo, mega...) muuntamisen. Laskelmissa on pääosin käytetty yksiköitä pelkkien lukujen sijaan, jolloin laskijan ei tarvitse itse huolehtia yksiköiden muuntamisesta. 2. Kirjaimelle tai kirjainjonolle voidaan määrittää arvo := -merkinnällä. Jo syötetty arvo saadaan näkyviin = -merkinnällä. Joissain tapauksissa väliarvoja on syötetty näkyviin = -merkin avulla lukemisen helpottamiseksi. 3. Laskentatiedostossa voidaan määritellä uudestaan jo määritelty kirjain tai kirjainjono. Tämän jälkeen tehtävissä laskelmissa käytetään uutta lukuarvoa. Lukusuunta siitä, mikä määritelmä on viimeisin, on ylhäältä alas ja vasemmalta oikealle. Jos kirjaimen määritelmää muutetaan, tämä ei vaikuta kirjaimen avulla aiemmin laskettuihin arvoihin. Esimerkki: määritellään ensin a := 5, jonka jälkeen määritetään b := 2*a = 10. Tämän jälkeen määritellään a:= 3. Tämä toimenpide pitää b:n arvon 10:ssä ellei b:tä määritellä a:n uudelleenmäärittelyn jälkeen uudestaan esimerkiksi samalla kaavalla b := 2*a = Joihinkin laskentakaavoihin pitää syöttää yksikötön arvo tietyssä yksikössä (esimerkiksi k = 1,6 d, jossa d on metreinä). Jos näihin kaavoihin syötettävä symboli on määritelty yksiköllisenä, voidaan ongelma kiertää jakamalla kaavassa yksiköllinen symboli halutulla yksiköllä. Esimerkin kaava syötetään Mathcadiin muodossa k = 1,6 d/m. 5. Väliarvot ovat hyvin tarkkoja numeerisia arvoja. Ohjelman asetuksissa on määritelty näytettäväksi 3 desimaalin tarkkuus, mutta näytetty arvo ei vaikuta laskennassa käytetyn arvon tarkkuuteen, jos väliarvo määritetään johonkin kirjaimeen tai kirjainjonoon. Joskus väliarvo on otettu talteen numerona (esimerkiksi arvojen siirto Exceliin), jolloin on otettu laskennan kannalta varmasti riittävä määrä desimaaleja. 6. Mathcadin laskentakaavoissa alaindekseissä ei voida käyttää pilkkua, vaan sen sijaan on tyydytty käyttämään pistettä. Desimaalierottimena on piste.

217 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 1/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

218 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 2/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

219 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 3/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

220 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 4/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

221 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 5/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

222 Liite 11A: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 6/6 Esimerkki 1, karakteristiset arvot

223 Liite 11B: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 1/3 Esimerkki 1, murtorajatila

224 Liite 11B: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 2/3 Esimerkki 1, murtorajatila

225 Liite 11B: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 3/3 Esimerkki 1, murtorajatila

226 Liite 12: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 1/2 Esimerkki 1, pienempi jännevoima

227 Liite 12: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 2/2 Esimerkki 1, pienempi jännevoima

228 Liite 13: Kuorilaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä 1/1 Esimerkki 2, laskennan kooste

229 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 1/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

230 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 2/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

231 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 3/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

232 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 4/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

233 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 5/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

234 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 6/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

235 Liite 14A: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 7/7 Maksimijännevoima, karakteristiset arvot

236 Liite 14B: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 1/4 Maksimijännevoima, murtorajatila

237 Liite 14B: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 2/4 Maksimijännevoima, murtorajatila

238 Liite 14B: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 3/4 Maksimijännevoima, murtorajatila

239 Liite 14B: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 4/4 Maksimijännevoima, murtorajatila

240 Liite 15: Ontelolaatan vahventaminen ulkopuolisella jänteellä - 1/1 Pienempi jännevoima, laskennan kooste

241 Liite 16: Poikkileikkausarvojen muutos hiilikuituvahventamisessa 1/3

242 Liite 16: Poikkileikkausarvojen muutos hiilikuituvahventamisessa 2/3

243 Liite 16: Poikkileikkausarvojen muutos hiilikuituvahventamisessa 3/3

244 Liite 17: Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen 1/4

245 Liite 17: Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen 2/4

246 Liite 17: Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen 3/4

247 Liite 17: Kuorilaatan hiilikuituvahventaminen 4/4

248 Liite 18: Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen 1/5

249 Liite 18: Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen 2/5

250 Liite 18: Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen 3/5

251 Liite 18: Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen 4/5

252 Liite 18: Ontelolaatan hiilikuituvahventaminen 5/5

253 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 1/6 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina Tässä liitteessä esitetään kappaleissa 4 ja 5 ja niihin liittyvissä liitteissä tehtyjen laskelmien tuloksia graafisessa muodossa niiden laskelmien osalta, joihin käytettiin Exceliä. Taustalla olevat kaavat, kestävyysarvot ja merkinnät on käyty läpi kyseisissä kappaleissa ja liitteissä eikä niitä enää toisteta tässä. Kuvaajien vaaka-akselille asetetaan pysäköintitason hyötykuorman ominaisarvo yksikössä kn/m 2 ja pystyakselille käyttöaste prosentteina. Viivoilla kuvataan eri asioiden käyttöasteita hyötykuorman muuttuessa. Jätetään näyttämättä negatiiviset käyttöastealueet eli alueet, joilla kokonaiskuorman vaikutus on eri suuntaan, kuin mitä kuorman lisääminen aiheuttaa. Kuvaajia on jatkettu vaaka-akselilla murtumisen ylikin ja pystyakselilla jonkin verran myös käyttöasteen 100 % yli.

254 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 2/6

255 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 3/6

256 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 4/6

257 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 5/6

258 Liite 19: Kappaleiden 4 ja 5 laskentatuloksia kuvaajina 6/6